数电第三章资料

cd段：TP截止，TN导通， v0＝VOL≈0
更接近于理想的开关特性;更大的抗干扰能力！
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1）输入电平和输出电平
CMOS反相器的输入逻辑电平变化范围： 输入低电平VIL为：0～VIL(max)， 典型值为：0～0.3VDD； 输入高电平VIH为：VIH(min)～VDD， 典型值为：0.7 VDD～VDD。
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2)静态电压噪声容限
静态电压噪声容限: 电路能够经受，而不改变状态的静态噪声电
压最大值，用VN表示。
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静态电压噪声容限的计算方法 多个门电路互相连接 前一级门电路的输出就是后一级门电路的输入， 根据输出低电平的最大值VOL(max)和输入低电平
的最大值VIL (max)， 可求得低电平时的噪声容限
CMOS反相器的输出特性分为： 低电平输出特性 高电平输出特性
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1) 低电平输出特性
当输入高电平，输出为 低电平时：
TN管导通；TP管截止 负载电流经反相器的输
出端流入TN管 由输出端流入门电路的
负载电流称灌电流 门电路所能承受的最大灌电流用IOLmax 表示， 它是门电路重要的直流电流参数。
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低电平时的噪声容限 VNL = V –V IL(max) OL(max) 典型值约为0.3VDD 高电平时的噪声容限 VNH = VOH(min) – VIH(min) 典型值约为0.3VDD
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2. CMOS反相器的电源电流传输特性
当输入信号改变状态时， 有一段短暂的过渡时间使
第3章 集成逻辑门电路
3.1 概述
逻辑门电路(门电路): 用来实现基本逻辑关系的电子电路 集成逻辑门电路: 将若干个逻辑门电路集成在一块半导体材料基片上
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集成逻辑门电路有两种类型器件：
（1）由三极管组成的双极型集成电路
例如：晶体管-晶体管逻辑电路 （简称TTL：Transistor-Transistor Logic）
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CMOS反相器输出逻辑电平变化范围：
输出低电平VOL为：0～VOL(max)， 典型值为：0～0.1v； 输出高电平VOH为： VOH(min)～VDD， 典型值为：（VDD-0.1v）～VDD 可见：CMOS反相器输出电平的振幅近似等
于电源电压VDD。 说明：CMOS集成电路电源的利用率高。
可见：输出和输入之间为逻辑非的关系。 通常将反相器称为非门。
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3.3.2 CMOS反相器的电气特性和参数
1. CMOS反相器的电压传输特性
直流输入电压和输 出电压间的变化关 系，称为：
反相器的电压传输 特性。
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ab段：TP导通，TN截止， v0=VOH≈VDD
bc段：转折区 TP、TN同时导通 阈值电压Vth≈VDD/2 转折区中点：电流最大
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2．工作原理
当输入为低电平时： TN的VGSN = 0 v < VGS(th)N 管子截止。 TP的∣VGSP ∣= VDD 管子导通， 输出为高电平VOH vO =VOH≈VDD
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当输入为高电平VDD时
TN的VGSN = VDD >VGS(th)N， 管子导通。 TP的VGSP = 0 v > VGS(th)P 负载管截止。 输出为低电平VOL， vO =VOL≈0 v。
根据形成沟道的工作方式不同
增强型 耗尽型
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1. N沟道增强型 2. P沟道增强型
开启电压
N沟道增强型MOS管
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P沟道增强型MOS管
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3. N沟道耗尽型 4. P沟道耗尽型 夹断电压
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3.2.2 MOS管的开关特性
以增强型NMOS管为例
输出特性曲线
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增强型MOS管的开关特性
工作状态
条
件
特
和增强型NMOS驱动管（TN） 串联组成
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TP的开启电压VGS(th)P < 0 TN的开启电压VGS(th)N > 0 电路正常工作的条件： VDD >∣VGS(th)P∣+ VGS(th)N，
且VGS(th)N =∣VGS(th)P∣， TN和TP具有相同的导通电阻
Ron和截止电阻Roff。
关。类似于三极管的饱和区。
∣VGS∣>∣VGS (th)∣，
且∣VDS∣>∣VGS∣∣VGS (th)∣
IDS基本上不随VDS变化, 类似于三极管的 放大区。
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NMOS管的开关等效电路
截止状态
CI：栅极等效电容
导通状态
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3.3 CMOS反相器
3.3.1 CMOS反相器的结构及工作原理 1．电路结构 标准的CMOS反相器由： 增强型PMOS负载管（TP）
TP管和TN管同时导通。 在电源VDD和地之间建立
起低阻通道，形成较大的 脉冲电流。 不仅增加了CMOS电路的 功耗，而且也成为CMOS 电路的内部干扰源。
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3. CMOS反相器的输入特性
由于信号从栅极输入， 输入电阻很大，又有一个小的寄生电容， 如果输入端没有保护电路， 输入端可能被静电感应充电至高压， 造成绝缘栅击穿，使器件永久损坏。 为避免造成栅极击穿， 实际的CMOS集成电路的每一个输入端都设有输入保
（2）由绝缘栅场效应管组成的单极型集成电路
例如：互补金属-氧化物-半导体场效应管逻辑电路 （简称CMOS：Complementary Metal- Oxide-
Semiconductor）。
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3.2 MOS晶体管
3.2.1 MOS管的分类
根据导电沟道的不同
P型沟道MOS管（ PMOS ） N型沟道MOS管（ N MOS ）
点
截止区
可变电 阻区 （非饱 导 和区） 通 恒流区 （饱和 区）
∣VGS∣<∣VGS(th)∣
IDS≈0, 截止电阻109Ω以上
∣VGS∣>∣VGS (th) ∣， IDS随VDS的变化而变化，DS之间相当于
而∣VDS∣<∣VGS∣- 一个可变电阻 Ron，而且与VGS的大小有
∣VGS (th) ∣
护电路。
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在-0.7v< vI < VDD+0.7v范围内 输入保护电路不起作用，输入
电流iI=0； 当vI>VDD+0.7v和vI <- 0.7v以后 iI的绝对值随vI绝对值的增加而
迅速加大。 D1—D1’代表分布式二极管； C1和C2表示栅极等效电容
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4. CMOS反相器的输出特性