CMOS门电路工作原理介绍
cmos或非门电路
cmos或非门电路CMOS或非门电路CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）是一种常用的集成电路技术，它在现代电子设备中得到广泛应用。
而非门电路是CMOS技术中的一种基本电路，用于实现逻辑运算。
本文将重点介绍CMOS和非门电路的原理、应用以及优势。
一、CMOS技术的原理CMOS技术是利用PN结的正负偏压控制MOS管的导通和截止，从而实现电路的功能。
CMOS电路由PMOS和NMOS管组成，PMOS管的特点是在负偏压下导通，而NMOS管则在正偏压下导通。
通过控制这两种管的导通和截止，可以实现逻辑运算。
二、非门电路的构成和工作原理非门电路是CMOS技术中的一种基本逻辑门电路，用于实现逻辑非运算。
非门电路由两个MOS管组成，一个是PMOS管，另一个是NMOS管。
当输入信号为低电平时，PMOS管导通，NMOS管截止，输出信号为高电平；当输入信号为高电平时，PMOS管截止，NMOS管导通，输出信号为低电平。
通过这种方式，非门电路可以实现逻辑非运算。
三、非门电路的应用非门电路在数字电路和计算机系统中有着广泛的应用。
它可以用于构建各种逻辑电路，例如与门、或门、异或门等。
非门电路还可以用于实现数字信号的转换和处理，例如将正逻辑信号转换为负逻辑信号，或者将负逻辑信号转换为正逻辑信号。
四、CMOS技术的优势CMOS技术相比于其他集成电路技术具有以下优势：1. 低功耗：CMOS电路的功耗非常低，因为只有在切换时才会消耗能量，而在静态状态下基本不消耗能量。
2. 高集成度：CMOS技术可以实现高度集成的电路，因为它的元件尺寸小，布局紧凑，可以在一块芯片上集成大量的电路。
3. 抗干扰能力强：CMOS电路的输入和输出都是电压信号，不容易受到外界的干扰，因此具有很好的抗干扰能力。
4. 工艺成熟：CMOS技术是一种成熟的制造工艺，已经得到广泛应用。
它的制造过程简单，可靠性高。
五、结论CMOS技术和非门电路是现代电子设备中不可或缺的组成部分。
cmos门电路
CMOS反相器MOSFET有P沟道和N沟道两种，每种中又可分为耗尽型和增强型两类。
由N沟道和P沟道MOSFET组成的电路称为互补MOS或CMOS电路。
图4.6.1(a)表示CMOS反相器电路，由两种增强型MOSFET组成，其中一个为N沟道，另一个为P沟道。
图4.6.1(b)为其简化画法。
为了电路能正常工作，要求电源电压V DD＞(V TN+|V TP|)1. 工作原理首先考虑两种极限情况：当v1输入逻辑0时，相应的电压近似为0V；而当v输入逻辑1时，相应的电压近似为V DD。
假设N沟道管T N为工作管，P沟道管1T为负载管。
由于电路是互补对称的，这种假设可以是任意的，其结果相同。
p图4.6.2分析了当v1＝V DD时的工作情况。
参看图4.6.2(b)。
在T N的输出特性i D-v DS曲线簇中选择V GSN=V DD，并叠加一条负载线，它是负载管T p在v SGP=0V时的输出特性i D-v SD。
由于v SGP＜V T(V TN=|V TP|=V T)，负载曲线几乎是一条与横轴重合的水平线。
两条曲线的交点即工作点。
显然，这时的V DSN=0V，由于电路的输出V O=V DSN，故V OL＝0V(典型值＜10mV)，而通过两管的电流接近于零。
这就是说，电路的功耗很小（微瓦数量级）。
(a)电路(b)简化电路图4.6.1 CMOS反相器(a)电路(b)图解图4.6.2 CMOS反相器在输入为高电平时的图解分析图4.6.3分析了另一种极限情况，此时对应于v I＝0V，其工作状态示于图4.6.3(b)中。
此时工作管T N在v GSN＝0的情况下运用，其输出特性i D-v DS几乎与横轴重合，负载曲线是负载管T p在v GSP=V DD时的输出特性i D-v DS。
由图可知，工作点决定了V OH≈V DD；通过两器件的电流接近于零值。
可见上述两种极限情况下的功耗都很低。
(a)电路(b)图解图4.6.3 CMOS反相器在输入为低电平时的图解分析由此可知，基本CMOS反相器近似于理想的逻辑单元，其输出电压接近于零，而功耗几乎为零。
CMOS知识要点
CMOS知识要点CMOS即互补金属氧化物半导体，是一种低功耗、低电压操作的集成电路技术。
CMOS技术在现代电子器件和电子系统中得到广泛应用。
下面将介绍CMOS知识的要点。
1.CMOS工作原理：CMOS技术利用p型和n型MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）的互补工作原理来完成逻辑功能。
p型MOSFET(PMOS)使用电负性较强的p型半导体做承载物，而n型MOSFET(NMOS)使用电负性较强的n型半导体做承载物。
通过对MOSFET的控制，可以实现逻辑门电路。
2. CMOS与TTL：与TTL (transistor-transistor logic) 相比，CMOS电路具有低功耗和高噪音容忍度的优点。
在CMOS电路中，只有在输入数据发生变化时才会有短暂的功耗，而在TTL电路中，输入电压的改变会导致连续的功耗。
另外，CMOS电路还可以使用较低的供电电压，从而减少功耗。
3. CMOS与LDMOS：CMOS和LDMOS (laterally-diffused metal–oxide–semiconductor) 均为MOSFET的变种。
CMOS适用于数字逻辑电路，而LDMOS适用于功率放大器和射频电路。
CMOS的设计更加复杂，需要小而均匀的晶圆技术，而LDMOS更适合进行功率放大和射频应用，需要较大的面积。
4.CMOS的应用领域：CMOS技术已广泛应用于电子设备和系统中。
例如，CMOS技术用于数字逻辑电路、处理器、存储器、传感器、数据转换器、射频电路等。
CMOS技术还可以应用于医疗设备、无线通信、汽车电子、计算机显示器、摄像头等领域。
5.CMOS电路设计流程：CMOS电路设计流程主要包括需求分析、高层级设计、逻辑设计、电气设计、版图设计和验证。
需求分析阶段确定系统级需求和性能指标，高层级设计阶段确定系统结构和模块划分，逻辑设计阶段实现逻辑功能，电气设计阶段确定电源和信号电路，版图设计阶段进行元件布局和连线，验证阶段对设计进行功能验证和性能验证。
cmos的工作原理
cmos的工作原理
CMOS是一种类型的互补金属-氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide Semiconductor），它在现代电子设备中起着重要
的作用。
CMOS技术的工作原理是基于p型和n型金属-氧化
物半导体场效应晶体管（MOSFET）的互补结构。
MOSFET是一种三极管，由源极、漏极和栅极组成。
CMOS
电路中同时使用pMOS和nMOS两种类型的MOSFET。
在CMOS中，pMOS的栅极被连接到高电平（通常是电源电压），而nMOS的栅极被连接到低电平（通常是地线）。
当输入信号为高电平时，pMOS的栅极电压低，导致pMOS截止，没有电流流过pMOS。
而nMOS的栅极电压高，导致nMOS开通，电流从电源经过nMOS流向漏极。
这样输出信号就为低电平。
相反，当输入信号为低电平时，pMOS的栅极电压高，导致pMOS开通，电流从电源经过pMOS向漏极流动。
而nMOS
的栅极电压低，导致nMOS截止，没有电流通过nMOS。
这
样输出信号就为高电平。
通过这种互补结构，CMOS电路可以实现低功耗、高速度和
低噪声的工作。
由于只有在切换时才会消耗能量，所以
CMOS电路在静止时基本不消耗功率。
这种特性使得CMOS
成为现代集成电路中最常用的技术之一。
总而言之，CMOS的工作原理是通过将pMOS和nMOS两种
类型的MOSFET结合起来，根据输入信号的不同来控制MOSFET的导通和截止，从而实现对输出信号的控制。
第三章-CMOS门电路
3.3.1 MOS管的开关特性 第一页 上一页 下一页
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BJT是一种电流控制元件(iB~ iC)，工作时，多数 载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型 器件。
MOS管是一种电压控制器件(uGS~ iD) ，工作时， 只有一种载流子参与导电，因此它是单极型器件。
MOS管因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好， 输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。
3.3.3 其它类型的CMOS门电路
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1. 其他逻辑功能的CMOS门电路（P91~93）
在CMOS门电路的系列产品中，除了反相器外常用的还 有与门、或门、与非门、或非门、与或非门、异或门等 。 2. 漏极开路的门电路（OD门）
如同TTL电路中的OC门那样，CMOS门的输出电路结 构也可做成漏极开路（OD）的形式。其使用方法与TTL的 OC门类似。
强。
原因：TTL的输出电阻小。5mA内 变化很小IOH
实际只有0.4mA
21
3.3.4 CMOS反相器的动态特性（门电第路一页状上态一页切下一换页 时最一后页
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所呈现的特性）
tPLH：输出由低电平变为高电平的传输延迟时间 tPHL：输出由高电平变为低电平的传输延迟时间
22
CMOS反相器传输延迟的原因：
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漏极开路的门电路（OD门）（Open-Drain）
VDD1
内部逻辑 A B
VDD2 使用时必须外接上拉电阻
D vO
G
TN•
S
RL
Y=(AB)'
CMOS门电路
3、CMOS反相器的主要特性 （1）电压传输特性和电流传输特性
CD：输入电压vI>VDD−│VTP│，vGSN=vI>VTN，│vGSP│=│vI−VDD│<│VTP│， TN导通而TP截止，输出vO≈0为低电平，iD≈0。
以上分析可以看出，CMOS反相器的特点：
⑴、静态功耗极低 静态时，CMOS反相器总有一个MOS管处于截止状态，仅有 极小漏电流流过。
当 VI= 5 V 时： NMOS管VGSN = 5V > V TN TN管导通。 PMOS管VGSP = 5V-V DD= 0 V < | V TP |，TP管截止。
综上分析：实现反相关系，F A
3、CMOS反相器的主要特性
（1）电压传输特性和电流传输特性
AB：输入电压vI<VTN，vGSN=vI<VTN，│vGSP│=│vI−VDD│>│VTP│，TP 导通而TN截止，输出vO≈VDD为高电平，iD≈0。
VDD+VD。保证加在C2上的电压，不超过其耐压极限。
☆ 当输入VI<－VD时：保护二极管D2导通，|i I| 随|VI|增加而增大。
(3)、输出特性
当输入VI为高电平时，负载管截止， 输入管导通。因此负载电流灌入输入端。
低电平输出特性是灌电流负载。
当输入VI为低电平时，负载管导 通，输入管截止。因此负载电流是拉 电流。
高电平输出特性是拉电流负载。
4、其它CMOS逻辑门 （1）CMOS传输门
CMOS传输门是由p沟道和n沟道增 强型MOS管并联互补组成。
电路组成： 两管漏源相连作 Vi / VO。（由
于D、S对称可以双向传输。）
两个栅极受一对控制信号控制。C , C
典型的cmos与非门电路使用的电路
典型的CMOS与非门电路1. 引言CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）与非门电路是数字电路中常见的逻辑门电路之一。
它由两个互补型金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）组成，一个是P型MOSFET，另一个是N型MOSFET。
CMOS与非门电路具有低功耗、高噪声抑制能力和抗干扰能力强等优点，在现代集成电路中得到广泛应用。
本文将详细介绍典型的CMOS与非门电路的结构、工作原理以及应用领域，并通过图示和实例进行解释，希望能够帮助读者更好地理解和应用这一电路。
2. CMOS与非门电路结构典型的CMOS与非门电路由两个互补型金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）组成，其中一个为P型MOSFET，另一个为N型MOSFET。
这两个MOSFET分别被称为上下管。
P型MOSFET由P型半导体材料构成，其通道上有一层负责控制通道导通和截止的氧化物层。
N型MOSFET由N型半导体材料构成，其通道上同样有一层负责控制通道导通和截止的氧化物层。
两个MOSFET的源极分别连接到电源VDD和地GND，漏极则通过输出端口连接在一起。
控制信号分别通过两个MOSFET的栅极输入。
3. CMOS与非门电路工作原理CMOS与非门电路的工作原理可以分为两个阶段：导通阶段和截止阶段。
3.1 导通阶段在导通阶段，当输入信号为高电平时，即栅极输入为高电平时，P型MOSFET的栅极极性变为正向偏置，使得P型MOSFET导通。
N型MOSFET的栅极极性变为负向偏置，使得N型MOSFET截止。
这样，P型MOSFET将电源VDD与输出端口连接在一起，实现逻辑门输出为高电平。
3.2 截止阶段在截止阶段，当输入信号为低电平时，即栅极输入为低电平时，P型MOSFET的栅极极性变为负向偏置，使得P型MOSFET截止。
N型MOSFET的栅极极性变为正向偏置，使得N型MOSFET导通。
这样，N型MOSFET将输出端口与地GND连接在一起，实现逻辑门输出为低电平。
CMOS门电路工作原理介绍
CMOS门电路工作原理介绍
CMOS门电路是一种由元件组成的电路，可以执行电路的逻辑操作。
它采用电容多路复用器技术，电路根据输入信号的不同执行不同的逻辑操作，它可以克服传统的晶体管电路的各种不足，具有较高的效能，可靠性和稳定性。
CMOS门电路是一种由金属氧化物半导体技术构成的门电路，它具有多路复用、短路保护、低功耗、抗击穿和抗静态干扰等特点，具有良好的动态性能和效率高的可靠性。
CMOS门电路的工作原理通常可以分为三个主要部分，它们分别是：电容变换器、电流增益器和输出驱动器。
1.电容变换器：电容变换器由各种晶体管和电容组成，其功能是将输入信号转换成较小的电流输出，如果输入电压是正向的，就会在电容变换器上产生正向电流，以激发输出驱动器把输出设为高电平。
如果输入电压是反向的，就会在电容变换器上产生反向电流，以抑制输出驱动器把输出设为低电平。
可以理解成，这个电容变换器是电路的感应元件，它可以根据输入信号的不同来改变输出驱动器的输出。
2.电流增益器：电流增益器由一组晶体管组成，它吸收电容变换器输出的小电流，可以把这小电流转换成足够大的电流。
cmos门电路的特点_CMOS门电路的工作原理及特性
cmos门电路的特点_CMOS门电路的工作原理及特性MOS规律门电路是继TTL之后进展起来的另一种应用广泛的数字集成电路。
由于它功耗低、抗干扰力量强、工艺简洁，几乎全部的大规模、超大规模数字集成器件都采纳MOS工艺。
就其进展趋势看，MOS电路特殊是ＣＭＯＳ电路有可能超越TTL成为占统治地位规律器件。
CMOS规律门电路是由N沟道增加型MOS管和P沟道增加型MOS 管互补而成，通常称为互补型MOS规律电路，简称CMOS规律电路。
下面以CMOS非门为例介绍CMOS门电路的工作原理及特性。
1、CMOS非门图1 CMOS非门基本电路（1）电路结构及工作原理CMOS非门的基本电路结构如图1所示，其中TP是P沟道增加型MOS管，TN是N沟道增加型MOS管。
假如TP和TN的开启电压分别为UTP和UTN，则要求VDDUTP+UTN。
当输入为低电平，即ui=0时，TN截止，TP导通，故uo≈VDD，输出高电平。
当输入为高电平，即ui=VDD时，TP截止，TN导通，故uo≈0，输出低电平。
所以该电路实现了非规律。
通过以上分析可以看出，在CMOS非门电路中，无论电路处于何种状态，TP、TN中总有一个截止，所以它的静态功耗极低，有微功耗电路之称。
（2）电压传输特性在图1所示的CMOS非门电路中，设VDDUTP+UTN。
,且UTP=UTN，TP和TN具有同样的导通内阻RON和截止内阻ROFF，则输出电压随输入电压变化的曲线，即电压传输特性如图2所示。
图2 CMOS非门的电压传输特性从图2所示的曲线上可以看出，CMOS非门的电压传输特性不仅有阀值电压UT=1/2VDD的特点，而且曲线转折区的曲率很大，因此更接近于抱负的开关特性，从而使CMOS非门电路获得了更大的输入端噪声容限。
2、CMOS与非门电路CMOS与非门电路如图3所示。
驱动管TN1和TN2为N沟道增加型MOS管，两者串联，负载管TP1和TP2为P沟道增加型MOS管，两者并联，负载管整体与驱动管相串联。
CMOS门电路工作原理介绍课件
工作台台面等良好接地。
操作人员的服装和手套等应选用无静电的原料制作。
3）不用的输入端不应悬空。
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2. 输入电路的过流保护
由于输入保护电路中的钳位二极管电流容量有限， 所以在可能出现较大输入电流的场合， 必须采取以下保护措施： 1）输入端接低内阻信号源时， 应在输入端与信号源之间串进保护电阻， 保证输入保护电路中的二极管导通时电流不超过1mA。 2）输入端接有大电容时， 应在输入端和电容之间接入保护电阻。
DO / DI
D I
G2
线
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五、CMOS电路的正确使用
1. 输入电路的静电防护 为防止静电电压造成的损坏，应注意以下几点：
1）在存储和运输CMOS器件时，
不要使用易产生静电高压的化工材料和化纤织物包装，
最好采用金属屏蔽层作包装材料。
2）组装、调试时，应使电烙铁和其他工具、仪表、
传输门的另一个用途是作模拟开关，用来传输连续 变化的模拟电压信号。
C
vI / vO
TG v O / v I
C
vI / vO
SW v O / v I
C
vI
SW v O
RL
模拟开关的导通内阻为RTG。 C=0时开关截止。
C=1时开关接通。
vO
RL
RL RTG
vI
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5. 三态输出的 CMOS门电路
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3. 漏极开路的门电路（OD门）
VDD1
CC40107
VDD2
cmos传输门的工作原理
cmos传输门的工作原理CMOS传输门是数字电路中常用的一种逻辑门，它被广泛应用于计算机硬件、通信器材、集成电路等领域。
在CMOS传输门中，CMOS是表示“互补金属氧化物半导体”（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）的缩写，这是一种常用的半导体工艺，通过N型场效应管和P型场效应管的不同工作模式，实现了高效、低功耗的电路设计。
CMOS传输门的基本组成部分包括输入引脚、输出引脚和电路开关。
电路开关由两个场效应管组成，一个是N型MOS管，另一个是P型MOS管。
实际上，CMOS传输门与其他逻辑门的主要区别在于其基本结构。
在CMOS传输门中，输入引脚的电信号可以进入输入端的注入区，通过漏极进入输出端的管子，以此来产生输出信号。
对于CMOS传输门的学习，对其工作原理和适用范围的理解至关重要。
下面将详细阐述CMOS传输门的工作原理。
1. N型MOS管的工作原理N型MOS管是由N型半导体制成的，它具有以下几个基本特征：- 端子有源、漏、栅。
漏和栅是与N型半导体化学反应的金属或合金。
- N型MOS管的漏区和栅区之间的半导体体积很小，在这一区域中，N型半导体中的自由电子足以将电极之间的电势差改变到足够高的水平。
- 根据栅电势的变化，N型MOS管可以开启或关闭。
当栅电势高于某个阈值电平时，N 型MOS管的漏区和栅区之间的电阻变得非常小，形成了一个低阻电导路径。
2. P型MOS管的工作原理P型MOS管是由P型半导体制成的，它与N型MOS管有所不同。
以下是P型MOS管的几个基本特征：- 端子有源、漏、栅。
N型半导体化学反应的金属或合金是漏和栅。
- P型MOS管的漏区和栅区之间半导体体积很小，在这一区域中，P型半导体内部的空穴足以将电极之间的电势差改变到足够高的水平。
- 根据栅电势的变化，P型场效应管可以开启或关闭。
当栅电势低于某个阈值电平时，P型MOS管的漏区与栅区之间的电阻变得非常小，形成了一个低阻电导路径。
典型的cmos与非门电路使用的电路
典型的CMOS与非门电路使用的电路CMOS与非门电路的概述CMOS（亦称为互补金属氧化物半导体）与非门电路是数字逻辑电路中常见的两种基本门电路。
CMOS与非门电路由CMOS技术实现，利用p型和n型金属氧化物半导体场效应晶体管（PMOS和NMOS）的组合来实现逻辑运算，并达到低功耗、高速度和抗干扰的效果。
本文将着重介绍典型的CMOS与非门电路的不同用途及其工作原理。
二级标题1：CMOS与非门电路的基本结构CMOS与非门电路是由一组PMOS和一组NMOS晶体管组成的。
PMOS晶体管是由p型半导体材料制成的，带有P型掺杂区域，而NMOS晶体管则是由n型半导体材料制成的，带有N型掺杂区域。
两组晶体管之间的交叉连接称为CMOS与非门电路。
二级标题2：CMOS与非门电路的用途CMOS与非门电路广泛应用于数字逻辑电路以及集成电路中，其用途丰富多样。
三级标题1：逻辑门电路CMOS与非门电路可以实现各种逻辑门电路，如与门、或门、非门、与非门、或非门。
通过合理的组合和连接，可以实现更复杂的逻辑功能，例如多位加法器和计数器等。
三级标题2：存储器 CMOS与非门电路还可以构建存储器单元，例如静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）。
这些存储器单元可以用于存储和获取数据，并在计算机系统中起到关键作用。
三级标题3：时钟和振荡器电路CMOS与非门电路还可以被用来构建时钟和振荡器电路。
时钟电路用于同步数字系统中各个部件的操作，而振荡器电路则用于产生特定频率的信号，例如计时器和脉冲发生器。
三级标题4：数据选择和复用CMOS与非门电路还可以实现数据选择和复用功能。
通过控制CMOS与非门电路的输入和输出，可以选择不同的数据源以及将多个输入信号复用到一个输出端口。
二级标题3：CMOS与非门电路的工作原理CMOS与非门电路的工作原理基于PMOS和NMOS晶体管的导通和截止。
当输入信号施加于CMOS与非门电路的端口时，其中的晶体管会根据输入信号的电平进行导通或截止。
cmos逻辑门电路[最新]
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CMOS逻辑门电路CMOS是互补对称MOS电路的简称（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor），其电路结构都采用增强型PMOS管和增强型NMOS管按互补对称形式连接而成，由于CMOS 集成电路具有功耗低、工作电流电压范围宽、抗干扰能力强、输入阻抗高、扇出系数大、集成度高，成本低等一系列优点，其应用领域十分广泛，尤其在大规模集成电路中更显示出它的优越性，是目前得到广泛应用的器件。
一、CMOS反相器CMOS反相器是CMOS集成电路最基本的逻辑元件之一，其电路如图11-36所示，它是由一个增强型NMOS管T N和一个PMOS管T P按互补对称形式连接而成。
两管的栅极相连作为反相器的输入端，漏极相连作为输出端，T P管的衬底和源极相连接电源U DD，T N管的衬底与源极相连后接地，一般地U DD>(U TN+|U TP|)，(U TN和|U TP|是T N和T P的开启电压)。
当输入电压u i=“0”（低电平）时，NMOS管T N截止，而PMOS管T P导通，这时T N 管的阻抗比T P管的阻抗高的多，（两阻抗比值可高达106以上），电源电压主要降在T N上，输出电压为“1”（约为U DD）。
当输入电压u i=“1”（高电平）时，T N导通，T P截止，电源电压主要降在T P上，输出u o=“0”，可见此电路实现了逻辑“非”功能。
通过CMOS反相器电路原理分析，可发现CMOS门电路相比NMOS、PMOS门电路具有如下优点：①无论输入是高电平还是低电平，T N和T P两管中总是一个管子截止，另一个导通，流过电源的电流仅是截止管的沟道泄漏电流，因此，静态功耗很小。
②两管总是一个管子充分导通，这使得输出端的等效电容C L能通过低阻抗充放电，改善了输出波形，同时提高了工作速度。
③由于输出低电平约为0V，输出高电平为U DD，因此，输出的逻辑幅度大。
CMOS反相器的电压传输特性如图11-37所示。
第三章(1)门电路---CMOS
输入低电平的上限值 VIL(max)
输入高电平的下限值 VIH(min)
输出高电平的下限值 VOH(min)
输出低电平的上限值 VOL(max)
3.1.2 逻辑门电路的一般特性
2.噪声容限：在保证输出电平不 变的条件下，输入电平允许波动 的范围。它表示门电路的抗干扰
驱动门
01 1
数据输入端
EN A B
其他三态与非门： A
&
逻辑符号 B
低电平有效
2.产生的高、低电平半导体器件
iC
VCC Rc
Rb vI
VCC Rc
vo
vCE VCC
工作在饱和区:输出低电平 工作在截止区:输出高电平
3.1.3 MOS开关及其等效电路
场效应三极管
利用电场效应来控制电流的三极管，称为场效应管，也 称单极型三极管。
由金属、氧化物和半导体制成。称为金属 -氧化物-半导体场 效应管，或简称 MOS 场效应管。
2、 逻辑门电路的分类 分立门电路
逻辑门电路 集成门电路
二极管门电路 三极管门电路
MOS门电路
TTL门电路
NMOS 门 PMOS门 CMOS门
TTL系列门
开关速度较快 平均延迟时间：3~10ns 结构复杂、集成度低 功耗高（2~20mw ）
MOS门
开关速度稍低
平均延迟时间：75ns 结构和制造工艺简单 容易实现高密度制作 功耗低（0.01mw）
IOL= nIIL
IIL
…
灌电流
1
IIL n个
NOL
?
I OL (驱动门) I IL (负载门)
3.1.2 逻辑门电路的一般特性
CMOS的原理及应用
CMOS的原理及应用1. 什么是CMOSCMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）是一种半导体技术，其主要特点是使用了两种相互补偿的半导体材料（N型和P型），以及金属、氧化物和半导体的组合。
CMOS技术由于其低功耗、高集成度和稳定性而被广泛应用于现代集成电路。
2. CMOS的原理CMOS的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：2.1. 表达和存储信息CMOS电路中的表达和存储信息是通过电荷的累积和转移来实现的。
CMOS电路中的MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是最关键的组成部分。
MOSFET包括一个门极、源极和漏极，其中门极通过一个绝缘层与半导体材料隔开。
2.2. 导通与截止状态的转换CMOS电路中用于控制MOSFET导通与截止状态的是门极的电压。
当门极电压高于一定阈值时，MOSFET导通，电子可以顺利通过。
当门极电压低于一定阈值时，MOSFET截止，电子无法通过。
2.3. 常用逻辑门电路常用的逻辑门电路包括与门、或门、非门和异或门。
这些门电路由MOSFET组成，通过不同的输入电压组合来实现不同的逻辑功能。
CMOS逻辑门电路由N型和P型的MOSFET组成，当输入为高电平时，MOSFET导通，输出为低电平；当输入为低电平时，MOSFET截止，输出为高电平。
3. CMOS的应用由于CMOS技术具有以下几个优点，所以在现代集成电路中被广泛应用：3.1. 低功耗CMOS电路的功耗非常低，这是由于在CMOS电路中，只有在切换时才会有瞬间的功耗。
而在静态状态下，几乎没有功耗，这使得CMOS电路非常适合用于电池供电的移动设备和无线传感器网络等应用。
3.2. 高集成度CMOS技术允许在同一个芯片上集成大量的逻辑门电路，这使得集成电路的尺寸缩小，功耗降低，性能提高。
高集成度的CMOS芯片广泛用于各种应用，包括智能手机、计算机、网络设备等。
第3章 门电路--CMOS门电路讲解
1. MOS管的结构和工作原理
第三节 CMOS门电路
-
S
vGS
vDS +
G
N+
+ iD
D
N+
P型衬底(B)
D
G
B
S
1）栅极与衬底间有SiO2隔开，所以栅极不会有电 流流入；
2）压控型开关器件，VDS大小可以控制导电沟道 的宽度，影响导通电阻；
3）靠电场效应实现开、关，又称为Mosfet；
3
第三节 CMOS门电路
第三节 CMOS门电路
第三节 CMOS门电路
MOS管及其开关特性 CMOS反相器的工作原理 CMOS反相器的静态输入、输出特性 其他类型的CMOS门电路 CMOS电路的正确使用
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1
第三节 CMOS门电路
一、MOS管及其开关特性
1. 什么是MOS管：结构和工作原理
-
iD/mA
iD
IDS
( vGS VGS (th)
1)2
O VGS(th) vGS/V
转移特性曲线
iD +
+
vDS
vGS -
-
共源接法
IDS是Vgs=0.5Vgs(th)是时的电流 当vGS VGS(th) 时，iDvGS2 vGS 越大，导通阻抗越小！
6
3. MOS管的基本开关电路
第三节 CMOS门电路
VDD
当vI =vGS <vGS(th) 时， VOH ≈VDD ，
RD + D-S间相当于一个断开的开关。
+
iD vO 当vI >vGS(th) 并继续升高， VOL ≈0，
cmos与门逻辑电路
cmos与门逻辑电路CMOS与门逻辑电路CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）与门逻辑电路是一种常见的数字电路，它由一对互补的MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）组成。
CMOS与门电路的基本功能是将两个输入信号进行逻辑与运算，输出结果与输入信号相应的逻辑关系相符。
CMOS与门电路的工作原理是基于MOSFET的特性。
MOSFET是一种由金属、氧化物和半导体材料构成的晶体管。
它包括一个源极、一个漏极和一个栅极。
当栅极施加电压时，栅极与源极之间的电场会改变沟道的导电性，从而控制漏极和源极之间的电流流动。
CMOS与门电路中的两个MOSFET互补工作，一个是P型，一个是N型。
当输入信号为低电平时，P-MOSFET导通，N-MOSFET 截断；当输入信号为高电平时，P-MOSFET截断，N-MOSFET导通。
通过控制输入信号的高低电平，CMOS与门电路可以实现逻辑与运算。
CMOS与门电路的优点之一是能够在低功耗下工作。
由于MOSFET 只有在切换时才会消耗能量，而且CMOS电路中的两个互补MOSFET只会同时导通或截断，因此在静态情况下几乎没有功耗。
另外，CMOS与门电路的结构简单，制造工艺成熟，可靠性高，容易集成在大规模集成电路（VLSI）中。
CMOS与门电路的应用非常广泛。
它可以用于各种数字系统中，如计算机、通信设备、工业控制系统等。
在数字集成电路中，CMOS 与门电路可以作为其他逻辑门电路的基本构件，例如与非门、与或门等。
此外，CMOS与门电路也可以用于信号处理、时序电路和存储器等领域。
尽管CMOS与门电路有很多优点，但也存在一些限制。
首先，由于MOSFET的特性，CMOS与门电路的输入电压范围受限，不能超过供电电压。
其次，CMOS与门电路在切换时可能会产生一定的噪声干扰，对于某些应用场景可能需要进行抗干扰设计。
此外，CMOS 与门电路的制造成本相对较高，需要复杂的工艺流程和精密的设备。
cmos逻辑门电路
cmos逻辑门电路一、引言CMOS逻辑门电路是数字电路中常用的一种电路，它采用了CMOS技术，具有低功耗、高速度和稳定性等优点。
本文将从CMOS逻辑门的基本原理、结构和特点入手，详细介绍CMOS逻辑门的工作原理、应用及其发展趋势。
二、CMOS逻辑门的基本原理1. CMOS技术简介CMOS技术是指利用p型MOSFET和n型MOSFET组成的互补型MOSFET来构成数字电路。
p型MOSFET和n型MOSFET分别采用p型半导体和n型半导体作为衬底，通过控制栅极上的电压来控制输出端口上的电流。
由于它们互补使用，因此称为互补型MOSFET。
2. CMOS逻辑门结构CMOS逻辑门由p型MOSFET和n型MOSFET组成，它们分别被串联在输出端口上。
当输入信号为高电平时，p型MOSFET导通，n型MOSFET截止；当输入信号为低电平时，p型MOSFET截止，n型MOSFET导通。
3. CMOS逻辑门特点（1）低功耗：CMOS逻辑门采用互补型MOSFET，因此在静态状态下几乎不消耗功率。
（2）高速度：由于p型MOSFET和n型MOSFET的导通与截止是瞬间完成的，因此CMOS逻辑门具有较高的响应速度。
（3）稳定性好：CMOS逻辑门具有很好的抗干扰能力，能够有效地抵御噪声和干扰。
三、CMOS逻辑门工作原理1. CMOS反相器CMOS反相器由一个p型MOSFET和一个n型MOSFET组成。
当输入信号为高电平时，p型MOSFET导通，n型MOSFET截止；当输入信号为低电平时，p型MOSFET截止，n型MOSFET导通。
因此输出信号与输入信号相反。
2. CMOS与非门CMOS与非门由两个串联的CMOS反相器组成。
当两个输入端口均为高电平时，两个反相器输出均为低电平，而输出端口上出现高电平；只要有一个输入端口为低电平，则整个CMOS与非门输出都为高电平。
3. CMOS或非门CMOS或非门由两个并联的CMOS反相器组成。
cmos逻辑门电路
CMOS逻辑门电路1. 什么是CMOS逻辑门电路？CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）逻辑门电路是一种常用的数字电路设计技术。
它由两种类型的晶体管组成：N型金属氧化物半导体场效应晶体管（NMOS）和P型金属氧化物半导体场效应晶体管（PMOS）。
CMOS逻辑门电路采用了这两种晶体管的互补特性，能够实现低功耗、高噪声容限和高抗干扰性能。
2. CMOS逻辑门电路的基本原理CMOS逻辑门电路是通过控制晶体管的导通与截止状态来实现不同逻辑功能的。
当输入信号为高电平时，PMOS导通，NMOS截止；当输入信号为低电平时，PMOS截止，NMOS导通。
通过合理地设计和连接这些晶体管，可以实现与门、或门、非门等基本逻辑功能。
3. CMOS逻辑门电路的基本结构3.1 NMOS与PMOS晶体管NMOS和PMOS晶体管是构成CMOS逻辑门电路的基本元件。
NMOS由一个N型沟道和控制栅极组成，PMOS由一个P型沟道和控制栅极组成。
NMOS的导通与截止由栅极电压控制，当栅极电压高于阈值电压时，NMOS导通；PMOS的导通与截止也由栅极电压控制，但是当栅极电压低于阈值电压时，PMOS导通。
3.2 CMOS逻辑门的实现CMOS逻辑门由一组串联或并联的NMOS和PMOS晶体管组成。
以下是几种常见的CMOS逻辑门实现方式：•与门（AND Gate）：将多个输入信号分别通过NMOS与PMOS晶体管连接，在输出端通过串联的NMOS和PMOS晶体管实现与运算。
•或门（OR Gate）：将多个输入信号分别通过NMOS与PMOS晶体管连接，在输出端通过并联的NMOS和PMOS晶体管实现或运算。
•非门（NOT Gate）：将输入信号通过一个NMOS晶体管接入输出端，并在输出端再接入一个PMOS晶体管，实现非运算。
4. CMOS逻辑门电路的特点4.1 高抗干扰性CMOS逻辑门电路采用了互补型结构，输入信号只需驱动其中一种晶体管，另一种晶体管处于截止状态，因此输入信号的干扰对输出信号的影响较小。
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2. 输出的高、低电平受输入端数目的影响。
3. 它的输出电阻受输入状态的影响。 上页 下页 返回
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第三节 CMOS门电路
（2）CMOS“或非”门电
路
VDD
B
T4 当A，B两个输入端全为“1”
A
或 其中一个为“1”时，
T3
输出端为“0”。
Y
T1
T2 只有当输入端全为“0”时，
输出端才为“1”。
CMOS或非门
vI -
- D-S间相当于一个闭合的开关。
若参数选择合理
输入低电平时MOS管截止，输出高电平。
输入高电平时MOS管导通，输出低电平。
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5
第三节 CMOS门电路
4. MOS管的开关等效电路
D
D
G CI
G CI
RON
S
S
截止状态
导通状态
CI代表栅极的输入电容， CI的数值约为几皮法。
RON为MOS管导通状态下的内阻，约在1kΩ以内。
vGS
vDS +
G
+ iD
D
N+
N+
G
P型衬底(B)
第三节 CMOS门电路
D B
S
当vDS> 0，但 vGS= 0 时，D-S间不导通， iD= 0 。
当vDS> 0， 且vGS> vGS(th) (MOS管的开启电压）
时，栅极下面的衬底表面形成一个N型反型层。 这个反型层构成了D-S间的导电沟道，有 iD流通。
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10
第三节 CMOS门电路
三、CMOS反相器的静态输入、输出特性
1. 输入特性 因为MOS管的栅极和衬底之间存在输入电容，
绝缘介质又非常薄，极易被击穿，
所以必须采取保护措施。
输入保护电路
VDD
C1 T1
vI
RS
vO
C2
T2
输入保护电路
C1 RS
vI
C2
VDD
T1
vO
T2
CC400系列的输入保护电路
线与连接方法
Y1 VDD
RL
Y
A B
Y2
A
B
VDD
G1 Y1 G2 Y2
RL Y
线与逻辑符号
Y (AB)
(AB)(CD) (AB CD)
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20
第三节 CMOS门电路
4. CMOS传输门和双向模拟开关
C
C
T2
VDD
vI / vO T1
vO / vI vI / vO TG
EN1
A1
G1
总
EN 2
A2 G2
… …
…
线
EN n
An
Gn
用三态输出反相器实现 数据双向传输
Y
EN
总
DO
G1
DO / DI
DI
G2
线
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第三节 CMOS门电路
五、CMOS电路的正确使用
1. 输入电路的静电防护 为防止静电电压造成的损坏，应注意以下几点：
1）在存储和运输CMOS器件时，
Y
B
Y
TG2
Y AB
22
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第三节 CMOS门电路
传输门的另一个用途是作模拟开关，用来传输连续 变化的模拟电压信号。
C
vI / vO
TG vO / vI
C
vI / vO SW vO / vI
C
vI
SW
vO
RL
模拟开关的导通内阻为RTG。 C=0时开关截止。
23
C=1时开关接通。
vO
Y (A B)
存在和与非门类似的问题。
17
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第三节 CMOS门电路
2.带缓冲级的CMOS门电路
电路构成： 在门电路的每个输入端、输出端各增设一级反相器， 加进的这些反相器具有标准参数，所以称为缓冲器。 优点： 这些带缓冲级的门电路，其输出电阻和输出的高、 低电平以及电压传输特性将不受输入端状态的影响， 电压传输特性的转折区也变得更陡。
C
C
vO / vI
C 1,C 0 时，传输门导通。 C 0,C 1 时，传输门截止。
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第三节 CMOS门电路
利用 CMOS传输门和CMOS反相器可以组合成各种 复杂的逻辑电路， 如异或门、数据选择器、寄存器、计数器等。
用反相器和传输门构成异或门电路
A
B
TG1
A
3）输入端接长线时，应在门电路的输入端接入保护电阻。
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27
3. CMOS电路锁定效应的防护 锁定效应或称为可控硅效应，
第三节 CMOS门电路
是CMOS电路中的一个特有问题。
发生锁定效应以后往往会造成器件的永久失效，
为防止发生锁定效应，可以采取以下防护措施：
1）在输入端和输出端设置钳位电路。
O IOH CMOS反相器的高电平输出特性
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第三节 CMOS门电路
四、其他类型的CMOS门电路
1.其他逻辑功能的CMOS门电路
在CMOS门电路的系列产品中， 除反相器外常用的还有： 与非门、或非门、与门、 或门、与或非门、异或门等几种。
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第三节 CMOS门电路
AB段：T2截止 漏极电流几乎为0
CD段：T1截止 漏极电流几乎为0
BC段： 阈值电压附近 电流很大
CMOS电路不应长时间工作在BC段。
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第三节 CMOS门电路
4. 输入噪声容限
vO VNL
VNL VNH
0
VDD=15V VDD=10V
VNH
I
适当提高VDD，可提高CMOS反相器的输入噪声容限。
不要使用易产生静电高压的化工材料和化纤织物包装，
最好采用金属屏蔽层作包装材料。
2）组装、调试时，应使电烙铁和其他工具、仪表、
工作台台面等良好接地。
操作人员的服装和手套等应选用无静电的原料制作。
3）不用的输入端不应悬空。
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2. 输入电路的过流保护
第三节 CMOS门电路
由于输入保护电路中的钳位二极管电流容量有限， 所以在可能出现较大输入电流的场合， 必须采取以下保护措施： 1）输入端接低内阻信号源时， 应在输入端与信号源之间串进保护电阻， 保证输入保护电路中的二极管导通时电流不超过1mA。 2）输入端接有大电容时， 应在输入端和电容之间接入保护电阻。
第三节 CMOS门电路
第三节 CMOS门电路
MOS管的开关特性 CMOS反相器的工作原理 CMOS反相器的静态输入、输出特性 CMOS反相器的动态特性 其他类型的CMOS门电路 CMOS电路的正确使用
推出 下页 总目录
1
一、MOS管的开关特性
1. MOS管的结构和工作原理
-
S
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6
第三节 CMOS门电路
二、CMOS反相器的电路结构和工作原理
1. 电路结构
VDD T1
iD
当vI = VIL= 0时，T1导通，T2截 止，输出为高电平VOH ≈ VDD 。
vI
vO 当vI = VIH= VDD 时， T2导通，
T2 VSS
T1截止，输出为低电平VOL ≈ 0。
2）在VDD可能出现瞬时高电压时, 在CMOS电路的电源输入端加去耦电路。
3）当系统由几个电源分别供电时，
各电源的开关顺序必须合理。
28
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3
iD/mA 可变
电阻区
恒流区
O 截止区
输出特性曲线
vGS=UT vDS/V
第三节 CMOS门电路
漏极特性曲线分为三 个工作区。
截止区 VGS VGS(th) 漏极和源极之间 没有导电沟道， iD≈0。
可变电阻区 当vGS一定时，iD与vDS之比 近似等于一个常数，具有类 似于线性电阻的性质。
4
恒流区 iD的大小基本上由vGS 决定，vDS的变化对iD 的影响很小。
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3. MOS管的基本开关电路
第三节 CMOS门电路
VDD RD +
当vI =vGS <vGS(th) 时， VOH ≈VDD ， D-S间相当于一个断开的开关。
+
iD vO 当vI >vGS(th) 并继续升高， VOL ≈0，
CMOS反相器的电路图
输入与输出之间为逻辑非的关系。
CMOS反相器的静态功耗极小
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第三节 CMOS门电路
2. 电压传输特性
vO
VDD A B
T1的开 启电压
1 2
VDD
VGH(th)N
VGH(th)P
T2的开 O 启电压
CD
1 2
VDD
VDD vI
CMOS反相器的电压传输特性
阈值电 压VTH
VDD
T2
VIH VDD
IOL
RL
VOL
iD2
VOL
VDD=5V 10V 15V
O
IOL
CMOS反相器的低电平输出特性
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13
第三节 CMOS门电路
高电平输出特性 当输出为高电平时，工作状态如下图所示。
VIL 0
VDD T1
VOH
IOH
RL