第二章門電路

1、第二章 門 電 路第二章 門電路2.1 概述2.2 半導體二極管門電路2.3 CMOS門電路2.4 TTL門電路2.1 概述v用來實現(xiàn)基本邏輯關系的電路通稱為門電路v正邏輯和負邏輯v獲得高、低電平的基本方法 二極管晶體管 雙極型三極管（BJT） 三極管 JFET 單極型三極管（FET） 增強型 MOSFET 耗盡型返回返回2.2 半導體二極管門電路2.2.1半導體二極管的開關特性一、結構和符號二、伏安特性三、開關電路2.2.2 二極管與門2.2.3 二極管或門返回返回二極管的結構和符號制造半導體器件的半導體材料的純度要達到制造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為，常

2、稱為“九個九個9”。本征半導體本征半導體化學成分純凈的半導體晶體?；瘜W成分純凈的半導體晶體。 P型半導體：型半導體：在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵等。在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵等?？昭昭ㄅ鹪优鹪庸柙庸柙?4+4+4+4+4+4+3+4+4多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴空穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子自由電子自由電子P型半導體受主離子受主離子空穴空穴電子空穴對電子空穴對多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多數(shù)載流子多數(shù)載流子自由電子自由電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子 空穴空穴+N型半導體施主離子施主離子自由電子自由電子電子空穴對電子空穴對

3、N型半導體：型半導體：在本征半導體中摻入五價雜質元素，如磷、砷等。在本征半導體中摻入五價雜質元素，如磷、砷等。PN結-+ + + +-N區(qū)P區(qū)-+ + + +-N區(qū)P區(qū)平衡狀態(tài)下的平衡狀態(tài)下的PN結結耗盡層耗盡層內電場內電場PN結的導電特性-+ + + +-N區(qū)P區(qū)R+ +-N區(qū)P區(qū)+-+-R+電流電流 I 根據(jù)理論推導，根據(jù)理論推導，PNPN結的伏安特性曲線如圖結的伏安特性曲線如圖正偏正偏IF（多（多數(shù)載流數(shù)載流子擴散）子擴散）IR（少數(shù)載流子漂移）（少數(shù)載流子漂移）反偏反偏反向飽和電流反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿電壓反向擊穿反向擊穿熱擊穿熱擊穿燒壞燒壞PN結結電擊穿電擊穿可逆可逆PN結

4、的伏安特性PN結的單向導電性二極管的伏安特性 二極管伏安特性的幾種近似二極管開關電路二極管開關特性LFLDFFRVRVVILRRRVI ts稱稱為存儲時間，為存儲時間，tt稱為渡越時間，稱為渡越時間，trets十十tt稱為稱為反向恢復時間反向恢復時間。+DLRivi(a)二極管開關特性產生反相恢復過程的原因電荷存儲效應二極管與門ABY000.7030.7300.7333.7ABY000010100111二極管或門ABY000032.3302.3332.3ABY000011101111二極管與門和或門電路的缺點：二極管與門和或門電路的缺點：（1 1）在多個門串接使用時，會出現(xiàn)低電平偏離標準數(shù)值）

5、在多個門串接使用時，會出現(xiàn)低電平偏離標準數(shù)值的情況。的情況。（2 2）負載能力差）負載能力差0V5V+V+VL5VDDDD3k（+5V）RCC211CCR2（+5V）0.7V1.4V3k2.3 最簡單的門電路 2.3.1 二極管與門2.3.2 二極管或門2.3.3 三極管非門返回返回解決辦法：解決辦法：將二極管與門（或門）電路和三極管非門電路組合起來。將二極管與門（或門）電路和三極管非門電路組合起來。解決辦法：解決辦法：將二極管與門（或門）電路和三極管非門電路組合起來。將二極管與門（或門）電路和三極管非門電路組合起來。LBA+VD123D1kTP（+5V）1R2Rc3kCCRbDD5R14.7

6、k4DTL與非門電路工作原理：工作原理： （1）當）當A、B、C全接為高電平全接為高電平5V時，二極管時，二極管D1D3都截止，而都截止，而D4、D5和和T導通，且導通，且T為為飽和飽和導通導通， VL=0.3V=0.3V，即輸出低電平。，即輸出低電平。（2）A、B、C中只要有一個為低電平中只要有一個為低電平0.3V時，則時，則VP1V，從而使，從而使D4、D5和和T都截止，都截止，VL=VCC=5V，即輸出高電平。，即輸出高電平。所以該電路滿足與非邏輯關系，即：所以該電路滿足與非邏輯關系，即：+VLABC123DDDDD4（+5V）PR3152CC3kR4.7kR1kTc1CBALDTL門到

7、TTL門的演進C+VBA（+5V）NNNNPPPPCCRb1+V13b1（+5V）T1CRBACCTTL與非門電路2.4 TTL門電路2.4.1 雙極型三級管的開關特性2.4.2 TTL反相器的電路結構和工作原理2.4.3 TTL反相器的靜態(tài)特性2.4.4 TTL反相器的動態(tài)特性2.4.5 其它類型的TTL門電路2.4.6 TTL電路的改進系列返回返回2.4.1 雙極型三級管的開關特性一、雙極型三級管的結構和符號二、雙極型三級管的輸入特性和輸出特性三、雙極型三級管的基本開關電路四、雙極型三級管的開關等效電路五、雙極型三級管的動態(tài)開關特性六、三級管非門雙極型三極管的結構和符號雙極型三極管的結構和

8、符號NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)的電子向基區(qū)移動形成的電子向基區(qū)移動形成電流，其中小部分與空電流，其中小部分與空穴復合，形成電流穴復合，形成電流IBN 因為集電結反偏，收因為集電結反偏，收集擴散到集電區(qū)邊緣的集擴散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流電子，形成電流ICN另外，集電結區(qū)的少另外，集電結區(qū)的少數(shù)載流子形成漂移電流數(shù)載流子形成漂移電流ICBOBJT放大的工作原理兩種載流子參與導電兩種載流子參與導電雙極型晶體管雙極型晶體管雙極型三極管的特性曲線雙極型三極管的基本開關電路雙極型三極管的基本開關電路截止時，發(fā)射結和集電結

9、都反偏三極管的三種工作狀態(tài)三極管的三種工作狀態(tài)（1 1）截止狀態(tài)：當）截止狀態(tài)：當V VI I小于三極管發(fā)射結死區(qū)電壓時，小于三極管發(fā)射結死區(qū)電壓時，I IB BI ICBOCBO00，I IC CI ICEOCEO00，V VCECEV VCCCC，三極管工作在截止區(qū)，對應圖中的，三極管工作在截止區(qū)，對應圖中的A A點。點。三極管工作在截止狀態(tài)的條件為：發(fā)射結反偏或小于死區(qū)電壓。三極管工作在截止狀態(tài)的條件為：發(fā)射結反偏或小于死區(qū)電壓。+V+T123cbeRRbCCVIiBiCCiCIB1IB2B3IB4IB5IB=0=IBSABCDEvCEVCCVCC/RCICS0.7VI此時，若調節(jié)此時，

10、若調節(jié)R Rb b，則，則I IB B，I IC C，V VCECE，工作點沿著負載線由，工作點沿著負載線由A A點點BB點點CC點點DD點向上移動。在此期間，三極管工作在放大區(qū)，其特點為點向上移動。在此期間，三極管工作在放大區(qū)，其特點為I IC CIIB B。三極管工作在放大狀態(tài)的條件為：發(fā)射結正偏，集電結反偏三極管工作在放大狀態(tài)的條件為：發(fā)射結正偏，集電結反偏 。（2 2）放大狀態(tài)：當）放大狀態(tài)：當V VI I為正值且大于死區(qū)電壓時，三極管導通。有為正值且大于死區(qū)電壓時，三極管導通。有 bIbBEIBRVRVVI +V+T123cbeRRbCCVIiBiCCiCIB1IB2B3IB4IB5

11、IB=0=IBSABCDEvCEVCCVCC/RCICS0.7VI三極管的三種工作狀態(tài)三極管的三種工作狀態(tài) （3 3）飽和狀態(tài)：保持）飽和狀態(tài)：保持V VI I不變，繼續(xù)減小不變，繼續(xù)減小R Rb b，當，當V VCECE 0.7V0.7V時，集電時，集電結變?yōu)榱闫?，稱為臨界飽和狀態(tài)，對應圖（結變?yōu)榱闫?，稱為臨界飽和狀態(tài)，對應圖（b b）中的）中的E E點。此時的點。此時的集電極電流稱為集電極飽和電流，用集電極電流稱為集電極飽和電流，用I ICSCS表示，基極電流稱為基極表示，基極電流稱為基極臨界飽和電流，用臨界飽和電流，用I IBSBS表示，有表示，有: :CCCC0.7V-RVRVICCC

12、SCCCCSBSRVII三極管的三種工作狀態(tài)三極管的三種工作狀態(tài)若再減小若再減小R Rb b，I IB B會繼續(xù)增加，但會繼續(xù)增加，但I IC C已接近于最大值已接近于最大值V VCCCC/ /R RC C，不會再增加，不會再增加，三極管進入飽和狀態(tài)。飽和時的三極管進入飽和狀態(tài)。飽和時的V VCECE電壓稱為飽和壓降電壓稱為飽和壓降V VCESCES，其典型值，其典型值為：為：V VCESCES0.3V0.3V。三極管工作在飽和狀態(tài)的電流條件為：三極管工作在飽和狀態(tài)的電流條件為：I IB B I IBS BS 電壓條件為：集電結和發(fā)射結均正偏。電壓條件為：集電結和發(fā)射結均正偏。三極管的三種工作

13、狀態(tài)三極管的三種工作狀態(tài)NPN飽和時各極電壓IBS=VCC/RC , ICS=VCC/RCvCE=VCC-iCRC=VCES0.20.3VvBE=0.7VvBC=vBE-vCE =0.4V集電結和發(fā)射結均正向偏置+VCC4K+0.7VRc+0.3VIBIC-0.4V +NPN型BJT工作狀態(tài)的特點雙極型三極管的開關等效電路解：解： 根據(jù)飽和條件根據(jù)飽和條件IBIBS解題。解題。例例 電路及參數(shù)如圖電路及參數(shù)如圖1.4.6所示，設輸入電壓所示，設輸入電壓VI=3V，三極管的，三極管的VBE=0.7V。（1 1）若）若6060，試判斷，試判斷三極管三極管是否飽和，并求出是否飽和，并求出IC和和VO

14、的值的值。（2）將）將RC改為改為6.8kW W，重復以上計算。，重復以上計算。+V+-T123RRbCCIVC（+12V）OV10k100k圖1.4.6 例1.4.1電路)mA0.023(1000.7-3BI)mA0.020(106012CCCBSRVIIBIBS 三極管飽和。 )mA1.2(1012CCCCSCRVIIV3 . 0CESOVVIB不變，仍為0.023mA )mA0.029(6.86012CCCBSRVIIBIBS 三極管處在放大狀態(tài)。 )mA1.4(0.02360BIIC)V2.48(6.81.4-12-CCCCCEORIVVV（3）將）將RC改為改為6.8kW W，再將，

15、再將Rb改為改為60kW W，重復以上計算。，重復以上計算。由上例可見，由上例可見，Rb 、RC 、等參數(shù)都能決等參數(shù)都能決定三極管是否飽和。定三極管是否飽和。該電路的飽和條件可寫為：該電路的飽和條件可寫為：即即在在VI一定（要保證發(fā)射結正偏）和一定（要保證發(fā)射結正偏）和VCC一定的條件下，一定的條件下，Rb越小，越小，越大，越大，RC越大，三極管越容易飽和。越大，三極管越容易飽和。在數(shù)字電路中總是合理在數(shù)字電路中總是合理地選擇這幾個參數(shù)，使三極管在導通時為飽和導通。地選擇這幾個參數(shù)，使三極管在導通時為飽和導通。+V+-T123RRbCCIVC（+12V）OV10k100k圖1.4.6 例1.

16、4.1電路)mA0.038(600.7-3BI IBS0.029 mAIBIBS 三極管飽和。 )mA1.76(6.812CCCCSRVIICV3 . 0CESOVVbIRVCCCRV BJT的開關時間延遲時間td勢壘區(qū)變窄，發(fā)射區(qū)電子注入基區(qū)并大部分被集電極收集上升時間tric增大到0.9ICS存儲時間ts存儲電荷從基區(qū)和集電區(qū)抽出下降時間tf對應于0.9ICS的存儲電荷消散需要的時間可通過改進BJT內部構造和外電路方法來提高BJT的開關速度 BJT的開關時間（1 1）延遲時間）延遲時間t td d從輸入信從輸入信號號v vi i正跳變的瞬間開始，到正跳變的瞬間開始，到集電極電流集電極電流i

17、 iC C上升到上升到0.10.1I ICSCS所所需的時間需的時間 （2 2）上升時間）上升時間t tr r集電極電集電極電流從流從0.10.1I ICSCS上升到上升到0.90.9I ICSCS所需所需的時間。的時間。（3 3）存儲時間）存儲時間t ts s從輸入信從輸入信號號v vi i下跳變的瞬間開始，到下跳變的瞬間開始，到集電極電流集電極電流i iC C下降到下降到0.90.9I ICSCS所所需的時間。需的時間。（4 4）下降時間）下降時間t tf f集電極電集電極電流從流從0.90.9I ICSCS下降到下降到0.10.1I ICSCS所需所需的時間。的時間。 帶負載電容的BJT

18、反相器三極管非門計算輸出電平。計算輸出電平。為為輸入的高、低電平分別輸入的高、低電平分別，飽和壓降，飽和壓降三極管的電流放大系數(shù)三極管的電流放大系數(shù)若若,0,5,1 . 020,10,3 . 3,1,8,5)(21VVVVVVKRKRKRVVVVILIHsatCECEECC W W W W W W 2.4.2 TTL反相器的電路結構和工作原理一、電路結構二、電壓傳輸特性三、輸入端噪聲容限TTL反相器的典型電路NPNNNP(1) 輸入級(2) 中間級反相器T2實現(xiàn)非邏輯反相輸出同相輸出向后級提供反相與同相輸出。輸入高電 壓時飽和輸入低電壓時截止(3) 輸出級（推拉式輸出）低輸入高輸入飽和截止低輸

19、入高輸入截止導通T3為射極跟隨器Totem Pole 圖騰柱TTL反相器的工作原理飽和0.3V截止截止導通導通1.0V5V4.3V3.6VTTL反相器的工作原理2.1V1.4V0.7V1.0V倒置狀態(tài)3.6V飽和飽和截止截止0.3V采用輸入級以提高工作速度輸入由3.6V0.3VVB1=0.3V+0.7V=1.0VT2、T4的儲存電荷來不及消散，仍是飽和狀態(tài)VC1=0.7V+0.7V=1.4VT1集電結反向偏置，T1工作在放大區(qū)T2的基極電流為T1的倍，即iB1,使T2迅速脫離飽和進入截止狀態(tài)T3迅速導通，T4負載小，集電極電流加大，存儲電荷迅速消散，進入截止狀態(tài)采用推拉式輸出級以提高開關速度和

20、帶負載能力驅動能力：l 輸出低電平T4飽和，T3、D截止低輸出阻抗：飽和電阻大電流輸出：IC4l 輸出高電平T4截止，D導通T3射級跟隨器采用推拉式輸出級以提高開關速度和帶負載能力開關速度（電容負載時）l 輸出低高 Ib2迅速增大，T2先脫離飽和并截止VC2VE4，T4和D導通，IB4迅速增大，T4飽和，迅速對負載電容充電l 輸出高低T4深度飽和，呈現(xiàn)低阻，CL快速放電輸出波形具有快速的前后沿輸出波形具有快速的前后沿TTL反相器的電壓傳輸特性輸出高電平輸出高電平V VOHOH輸出低電平輸出低電平V VOLOL開門電平開門電平V Vonon關門電平關門電平V Voffoff閾值電平閾值電平V V

21、ththTTL反相器的輸入端噪聲容限TTL門電路的輸出高低電平不是一個值，而是一個范圍。門電路的輸出高低電平不是一個值，而是一個范圍。同樣，它的輸入高低電平也有一個范圍，在保證輸出高、低同樣，它的輸入高低電平也有一個范圍，在保證輸出高、低電平基本不變的條件下，輸入電平的允許波動范圍稱為輸入電平基本不變的條件下，輸入電平的允許波動范圍稱為輸入端噪聲容限。端噪聲容限。高電平噪聲容限高電平噪聲容限 VNHVOH（min）- - VIH（min）低電平噪聲容限低電平噪聲容限 VNL VIL（max）- -VOL（max）2.4.3 TTL反相器的靜態(tài)特性一、輸入特性二、輸出特性1.高電平輸出特性2.低

22、電平輸出特性三、輸入端負載特性TTL反相器的輸入特性輸入低電平電流輸入低電平電流I IILIL輸入短路電流輸入短路電流I IISIS輸入高電平電流輸入高電平電流I IIHIHTTL反相器的高電平輸出特性TTL反相器的低電平輸出特性TTL反相器的輸出特性例：要求 的輸出計算門 最多可以驅動多少個同樣的門電路負載。1G,2 . 0,2 . 3VVVVOLOH 1GTTL反相器的輸入端負載特性TTL反相器的輸入端負載特性例：要求計算 的最大允許值。,;(max)I21(min)I21ILOLOIHOHOVvVvVvVv 時時，時時，PR2.4.4 TTL反相器的動態(tài)特性一、傳輸延遲時間二、交流噪聲容

23、限三、電源的動態(tài)尖峰電流TTL反相器的傳輸延遲時間TTL反相器的交流噪聲容限TTL反相器的電源動態(tài)尖峰電流TTL反相器的電源動態(tài)尖峰電流TTL反相器的電源動態(tài)尖峰電流2.4.5 其它類型的TTL門電路一、其它邏輯功能的門電路1. 與非門2. 或非門3. 與或非門4. 異或門二、集電極開路的門電路三、三態(tài)輸出門電路TTL與非門電路TTL與非門電路TTL或非門電路L+V12313123D12312313R3T1AT2AT1BT2BABTT34CCRRRR1B241ATTL或非門電路TTL與或非門TTL異或門線與在工程實踐中，有時需要將幾個門的在工程實踐中，有時需要將幾個門的輸出端并聯(lián)使用，以實現(xiàn)與

24、邏輯，稱輸出端并聯(lián)使用，以實現(xiàn)與邏輯，稱為為線與線與。線與顧名思義，就是通過線與顧名思義，就是通過直接連線直接連線的的方式實現(xiàn)方式實現(xiàn)與與的關系。的關系。普通的普通的TTL門電路不能進行線與。門電路不能進行線與。OC與非門電路OC門的應用-線與OC門外接負載電阻的計算方法ILOLOLCCLImIVVR(max)(min) 輸出低電平輸出低電平OC門外接負載電阻的計算方法n輸出高電平輸出高電平IHOHOHCCLmInIVVR(max)OC門外接負載電阻的計算方法TS門什么叫三態(tài)門：一個電路的輸出不僅有高電平和低電平，而且還有個高阻狀態(tài)與外界隔離開。所謂高阻態(tài)是指此時的電路看起來像個阻值很高的電阻

25、，既不輸出電流也不流入電流，對外界產生的影響很小。OC門，就是一種三態(tài)門，當它輸出為高時，就是高阻態(tài)。但是OC門必須有上拉電阻存在，而且上拉電阻不能太小，否則負載能力太差，這樣就限制了OC門的開關速度TS門TS門2.4.6 TTL電路的改進系列一、74H系列二、74S系列三、74LS系列四、74AS和74ALS系列五、54系列74H系列(高速TTL)為提高開關速度和減少傳輸延為提高開關速度和減少傳輸延時，有兩項改進：時，有兩項改進：輸出級采用了達林頓管（降輸出級采用了達林頓管（降低了輸出電阻，提高了拉電流低了輸出電阻，提高了拉電流的負載能力，尤其是加速了對的負載能力，尤其是加速了對負載電容的充

26、電速度。）負載電容的充電速度。）將所有電阻阻值降低了一半將所有電阻阻值降低了一半（縮短了上升和下降時間，加（縮短了上升和下降時間，加速了三極管的開關速度。）速了三極管的開關速度。）優(yōu)點：速度較快優(yōu)點：速度較快(6ns) ；缺點：增加了電路的靜態(tài)功耗。缺點：增加了電路的靜態(tài)功耗。 74H0074S系列(肖特基TTL) 優(yōu)點：優(yōu)點： 速度很快速度很快(34ns)(34ns)； 傳輸特性好。傳輸特性好。缺點：缺點： 功耗大功耗大( (電阻小電阻小) )； V VOLOL較高較高( (可達可達0.5V)0.5V)。74系列和系列和74H系列系列飽和型邏輯門；飽和型邏輯門；74S系列采用了三項措施提高開

27、關速度：系列采用了三項措施提高開關速度：采用肖特基三極管（抗飽和三極管）采用肖特基三極管（抗飽和三極管）特點：飽和深度淺，工作速度高。特點：飽和深度淺，工作速度高。采用小的電阻；采用小的電阻；用有源電路用有源電路T6、R6、R3代替代替R3（a）縮短了門電路的傳輸延遲時間；）縮短了門電路的傳輸延遲時間；（b）改善了門電路的傳輸特性。）改善了門電路的傳輸特性。74S00抗飽和三極管肖特基勢壘二極管肖特基勢壘二極管（SBDSBD）：）：金屬和半導體接觸組成金屬和半導體接觸組成u單向導電性單向導電性u導通閾值比較低，約為導通閾值比較低，約為0.40.40.5V0.5Vu導電機構是多數(shù)載流子，電導電機

28、構是多數(shù)載流子，電荷存儲效應小，開關速度快荷存儲效應小，開關速度快抗飽和三極管抗飽和三極管：BJTBJT的基極和集電極并聯(lián)的基極和集電極并聯(lián)SBDSBD，特點：特點：飽和深度淺，工作速度高。飽和深度淺，工作速度高。u制造工藝和普通制造工藝和普通TTLTTL相容，無需相容，無需增加工藝步驟增加工藝步驟uSBDSBD先于集電結導通，鉗制集先于集電結導通，鉗制集電結正向壓降為電結正向壓降為0.4V0.4V左右左右u分流分流BJTBJT基極電流基極電流74LS 系列(低功耗肖特基TTL) 理想門電路理想門電路速度快，功耗低速度快，功耗低 功耗一延遲積（功耗一延遲積（pdpd積）積） 74LS74LS系

29、列實現(xiàn)了速度快，功耗低系列實現(xiàn)了速度快，功耗低的要求的要求, ,措施如下：措施如下：大幅提高電阻值，降低功耗；大幅提高電阻值，降低功耗；將將R5從接地改接到輸出端，降低了從接地改接到輸出端，降低了T3導通時導通時R5的功耗；的功耗；采用肖特基三極管和有源泄放電路采用肖特基三極管和有源泄放電路以提高工作速度；以提高工作速度；將輸入端多發(fā)射極三極管改用將輸入端多發(fā)射極三極管改用SBD，提高了工作速度；提高了工作速度；增加了增加了D3、D4，提高了放電速度。，提高了放電速度。 優(yōu)點：優(yōu)點：功耗極低（是功耗極低（是74H和和74S的的1/10，是，是74系列的系列的1/51/5）；）； pd積很低（速

30、度與積很低（速度與74系列相當）系列相當） 。74LS002.3 CMOS門電路2.3.1 MOS管的開關特性2.3.2 CMOS反相器的工作原理2.3.3 CMOS反相器的靜態(tài)特性2.3.4 CMOS反相器的動態(tài)特性2.3.5 其他類型的CMOS門電路2.3.6 改進的CMOS門電路2.3.7 CMOS電路的正確使用返回返回2.3.1 MOS管的開關特性一、MOS管的結構、符號和工作原理二、MOS管的轉移特性和輸出特性三、MOS管的基本開關電路四、MOS管的四種類型2.3.2 CMOS反相器的工作原理一、電路結構二、電壓傳輸特性和電流傳輸特性三、輸入端噪聲容限2.3.3 CMOS反相器的靜態(tài)

31、特性一、輸入特性二、輸出特性1.低電平輸出特性2.高電平輸出特性2.3.4 CMOS反相器的動態(tài)特性一、傳輸延遲時間二、交流噪聲容限三、動態(tài)功耗2.3.5 其他類型的CMOS門電路一、其它邏輯功能的CMOS門電路1. 與非門2. 或非門二、帶緩沖級的CMOS門電路1. 與非門2. 或非門三、漏極開路的門電路（OD門）三、 CMOS傳輸門和雙向模擬開關四、三態(tài)輸出的CMOS門電路2.3.6 改進的CMOS門電路一、高速CMOS電路二、Bi-CMOS電路1. 反相器2. 與非門3. 或非門2.3.7 CMOS電路的正確使用一、輸入電路的靜電防護二、輸入電路的過流保護三、CMOS電路鎖定效應的防護M

32、OS管的結構、符號和工作原理MOS管的轉移特性MOS管的輸出特性曲線MOS管的基本開關電路MOS管的開關等效電路MOS管的四種類型vN溝道增強型MOS管vP溝道增強型MOS管vN溝道耗盡型MOS管vP溝道耗盡型MOS管P溝道增強型MOS管N溝道耗盡型和P溝道耗盡型MOS管CMOS反相器CMOSCMOS邏輯門電路是由邏輯門電路是由N N溝道溝道MOSFETMOSFET和和P P溝道溝道MOSFETMOSFET互補而成互補而成互補對稱式金屬互補對稱式金屬- -氧化物氧化物- -半導體電路，簡稱半導體電路，簡稱CMOSCMOS電路電路CMOS反相器工作原理設設V VDDDD（V VTNTN+|+|V

33、 VTPTP| |），且），且V VTNTN=|=|V VTPTP| |（1 1）當）當V Vi i=0V=0V時，時，T TN N截止，截止，T TP P導通，輸出導通，輸出V VO OV VDDDD。（2 2）當）當V Vi i= =V VDDDD時，時，T TN N導通，導通，T TP P截止，輸出截止，輸出V VO O0V0V。MOS管的輸出特性截止區(qū)（夾斷區(qū)） 當VGS VGS(th) 時，導電溝道沒有形成，iDS=0，所謂的截止區(qū)可變電阻區(qū)（非飽和區(qū)） 當VDS較小時，滿足：VDS VGS(th)N+|VGS(th)P|， VGS(th)N= |VGS(th)P| 當 VGS(th

34、)NvIvO+VGS(th)N TN工作在飽和區(qū)，TP工作在可變電阻區(qū)。 當 vO+VGS(th)PvIvO+VGS(th)N 兩管都工作在飽和區(qū)，電路處在轉換狀態(tài)。 當 vO+VGS(th)NvIvDD+VGS(th)P TN工作在可變電阻區(qū),TP工作在飽和區(qū) 。 當 0 vIVGS(th)NTN截止，TP工作在可變電阻區(qū)，VoVDD=10V。GSSDDiDP2VT2OHPP(V)和在可變電阻區(qū)TTN0NNP截止TT(V)iT在可變電阻區(qū)N6106TT在飽和區(qū)在飽和區(qū)8均在飽和區(qū)截止84Vo4100LVV CMOS反相器的電壓傳輸特性 當VDD+VGS(th)PvIVDD TN工作在可變電阻

35、區(qū), TP截止，Vo0V。閾值電壓：閾值電壓：Vth = = VDD/2/2設: VDD=10V， VGS(th)N= |VGS(th)P| =2V 當 2VVI5VTN工作在飽和區(qū)，TP工作在可變電阻區(qū)。 當VI=5V兩管都工作在飽和區(qū)，電路處在轉換狀態(tài)。 當 5VVI8VTP工作在飽和區(qū)，TN工作在可變電阻區(qū)。 當VI2V，TN截止，TP導通，VoVDD=10V。GSSDDiDP2VT2OHPP(V)和在可變電阻區(qū)TTN0NNP截止TT(V)iT在可變電阻區(qū)N6106TT在飽和區(qū)在飽和區(qū)8均在飽和區(qū)截止84Vo4100LVV CMOS反相器的電壓傳輸特性 當VI8V，TP截止，TN導通，Vo0V。CMOS反相器的電流傳輸特性漏極電流ID隨輸入電壓的變化曲線 TN截止，TP導通，ID0 TN飽和，TP在可變電阻區(qū)， ID逐步增大 TN、TP均飽和， ID在Vi=0.5VDD最大 TP飽和，TN在可變電阻區(qū)，ID逐步減小 TP截止，TN導通, ID0GSSDDiDP2VT2OHPP(V)和在可變電阻區(qū)TTN0NNP截止TT(V)iT在可變電阻區(qū)N6106TT在飽和區(qū)在飽和區(qū)8均在飽和區(qū)截止84Vo4100LVV CMOS反相器的輸入端噪聲容限CMOS門電路的輸出高低電平不是一個值，而是一個范圍。門電路的輸出高低電平不是一個值，而是一個