增强型MOS管的开关特性回顾

假设：|VTP|= VTN=VTH ; 要求满足VDD≥VTN+|VTP|;
输入低电平VIL=0V； 高电平VIH=VDD;
一、CMOS反相器的电路结构及工作原理
（1）输入为低电平0V时；VGS2=0V，T2截止； VGS1=-VDD，T1导通；VO=VDD高电平; iD ≈0。 （2）输入为高电平VDD时；VGS1=0V，T1截止；
导 通
可变电阻区 恒 流 区
增强型NMOS管的开启电压VTH和VGS为正 极性电压 增强型PMOS管的开启电压VTH和VGS为负 极性电压
3.3.2 CMOS门电路
(Complementary MOS--互补MOS电路) P沟道管开启电压VGS(th)P记为VTP;
N沟道管开启电压VGS(th)N记为VTN;
VGS2=VDD，T2导通；VO=0V低电平; iD ≈ 0。 在正常工作状态，T1与T2轮流导通，即所谓互补状态，静态电流 iD≈0；并且，输入端静态输入电流≈0；静态功耗非常小！
二、电压传输特性和电流传输特性
1.电压传输特性
2.电流传输特性
在动态情况下，电路状态会通过BC段，使动态功耗不为0；而且输入信 号频率越高，动态功耗越大，这成为限制电路扇出系数的主要因素。
A B 0 0 0 1 Y RO(与非) RON/2 RON 状态 T1和T3导通 T1导通
1
1 1 0
1
1
0
1
RON
2RON
T3导通
T2和T4导通
输出电阻随输入组合不同而变化,使输出特性不一致,给器件的使 用带来了麻烦;此外输入状态还会影响这两个门的电压传输特性。 使用带缓冲级的门电路可以克服上述缺点。 带缓冲级的CMOS门电路 与非门：
由曲线可看出, 输入电压在0~VDD间变化时, 输入电流为0; 当输入电压大
于VDD+0.7V时, 二极管D1导通; 当输入电压小于-0.7V时, 二极管D2导通。
P3.14 以下为CMOS门电路，问输出逻辑是什么？
二、输出特性
1. 输出低电平 VDD增加, 相当于VGSN增加, 沟道变宽, 导通电阻变小, 使得输出低 电平随负载电流的变化就越小, 即输出电阻小, 带负载能力加强。
三、输入噪声容限
在VI 偏离VIH 和VIL的一定范围内， VO 基本不变； 在输出变化允许范围内 ，允许输入的变化范围 称为输入噪声容限
V NH VOH (min) VIH (min) V NL VIL (max) VOL (max)
结论: 可以通过提高VDD来提高噪声容限
3.3.3 CMOS反相器的静态输入特性和输出特性 一、输入特性 由于MOS管栅极绝缘，输入电流恒为0，但CMOS门输入端接 有保护电路，从而输入电流不为0。
2. 输出高电平
VDD增加, 相当于VGSP增加, 沟道变宽, 导通电阻变小, 使得输出低
电平随负载电流的变化就越小,即输出电阻小, 带负载能力加强。
3.3.5 其他类型的CMOS门电路
一、其他逻辑功能的CMOS门电路
VDD Y A B
1.与非门
2.或非门
VDD B A Y
设：MOS管的导通电阻为RON、门电路的输出电阻为RO
或非门 + 缓冲器 = 与非门
二、漏极开路门电路（OD: Open Drain） 特点:
1.增大带负载能力 2.高电平转换 3.OD门输出端可以直接并联
OD门特点:
4.输出端并联可以实现”线与”逻辑
负载电阻RL的取值
IRL
(1)VO = VOH : - I RL R L VIH(min) VCC I RL = nI OH + mI IH - VIH(min) VDD RL nI OH + mI IH
注: IIH指CMOS反相器输入高电平时的负载电流（漏电流）
m=m’指的是输入端的数量
(2)VO = VOL : I RL m ' I IL I OL(max) I RL VDD VOL = RL
VDD VOL RL I OL(max) mI IL
只有一个门输出低电 平是最不利情况The Worst Case 注: IIL指CMOS反相器输入低电平时的负载电流（漏电流）
其它符号 型号CD4016
单管工作的缺点是： 1.有死区； 2.导通电阻随输入电压变 化很大。
N沟道管导通 0V
P沟道管导通 VDD VI
VTP
VTN
2.双向模拟开关
设：传输门导通电阻RTG RL 则： v O = v＝ I K TG v I RL +RTG 相当于将vI这个模拟电压， 经过一个传输系数K TG 后， 传递到输出端。
四、三态输出门电路
增强型场效应管工作状态及条件
工作状态 条 件 特 点
截
止
区
VGS<VTH VGS>VTH, VGD>VTH VGS>VTH, VGD<VTH
iD≈0, 截止电阻109Ω以上 RON是VGS的函数, 即VGS不变, RON也为 定值, VDS增大, iD也增大, 沟道完整 iD是VGS的函数, VDS对iD影响很小, 沟道 夹断, 线性放大区
导 通
可变电阻区 恒 流 区
三、CMOS传输门和双向模拟开关
1.传输门 C=0时，传输门截止，输出为高阻状态； C=1时，传输门导通，VO＝VI。
当0 < ν I < VDD - VTN , VGDN = VGN - vI = VDD - v I ,(VGN = VDD ) VTN < VGDN < VDD , T1导通, 可变电阻区 当 VTP < v I < VDD , VGDP = VGP - v I = 0 - v I ,(VGP = 0) VTP < VGDP < VDD , T2 导通, 可变电阻区 vI 在0－VDD之间变换时，T1和T2至少有 一个导通, 并且工作都在可变电阻区。
增强型MOS管的开关特性回顾
工作状态
截 止 区
条
件Baidu Nhomakorabea
特
点
VGS<VTH VGS>VTH, VGD>VTH VGS>VTH, VGD<VTH
iD≈0, 截止电阻109Ω以上 RON是VGS的函数, 即VGS不变, RON也为 定值, VDS增大, iD也增大, 沟道完整 iD是VGS的函数, VDS对iD影响很小, 沟道 夹断, 线性放大区