CMOS門電路工作原理介紹學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1CMOS門電路工作原理介紹門電路工作原理介紹2一、MOS管的開關(guān)特性 1. MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理GSvDSviD當(dāng)vDS 0，但 vGS= 0 時(shí)，D-S間不導(dǎo)通， iD= 0 。當(dāng)vDS 0， 且vGS vGS(th) (MOS管的開啟電壓）時(shí)，柵極下面的襯底表面形成一個(gè)N型反型層。這個(gè)反型層構(gòu)成了D-S間的導(dǎo)電溝道，有 iD流通。3共源接法輸出特性曲線GS(th)V轉(zhuǎn)移特性曲線4輸出特性曲線GSGS(th)VV截止區(qū)漏極和源極之間沒有導(dǎo)電溝道，iD0。漏極特性曲線分為三個(gè)工作區(qū)?？勺冸娮鑵^(qū)當(dāng)vGS一定時(shí)，iD與vDS之比近似等于一個(gè)常數(shù)，具有類似于線性電阻的性質(zhì)。恒流區(qū)iD的大

2、小基本上由vGS決定，vDS的變化對(duì)iD的影響很小。5當(dāng) = 并繼續(xù)升高， ，D-S間相當(dāng)于一個(gè)閉合的開關(guān)。6CIGDSCIGDSRON7DDV1T2TIvOvSSVDiCMOS反相器的電路圖當(dāng)vI = VIL= 0時(shí)，T1導(dǎo)通，T2截止，輸出為高電平VOH VDD 。當(dāng)vI = VIH= VDD 時(shí)， T2導(dǎo)通，T1截止，輸出為低電平VOL 0。 輸入與輸出之間為邏輯非的關(guān)系。CMOS反相器的靜態(tài)功耗極小82. 電壓傳輸特性12DDVVDDVDDO12DDVvIvOVGH(th)NVGH(th)PA BCDCMOS反相器的電壓傳輸特性9CBAD12DDVDDVGS(th)NVGS(th)PV

3、IvDiO100IvONLVNLVNHVNHV4. 輸入噪聲容限11因?yàn)镸OS管的柵極和襯底之間存在輸入電容，絕緣介質(zhì)又非常薄，極易被擊穿，所以必須采取保護(hù)措施。DDV1T2TIvOvCC400系列的輸入保護(hù)電路C1RSC2輸入保護(hù)電路DDV1T2TIvOvC1RSC274HC系列的輸入保護(hù)電路輸入保護(hù)電路1274HC系列的OCC400系列的O132. 輸出特性低電平輸出特性當(dāng)輸出為低電平時(shí)，工作狀態(tài)如下圖所示。VDD=5V 10V15VIOLVOLOCMOS反相器的低電平輸出特性DDV2TIHDDVVOLVD2iLROLI14高電平輸出特性當(dāng)輸出為高電平時(shí)，工作狀態(tài)如下圖所示。VDD=5V1

4、5VIOHVOHOCMOS反相器的高電平輸出特性10VVDD1T0ILVDDVOHVLROHI15在門電路的系列產(chǎn)品中，除反相器外常用的還有：與非門、或非門、與門、或門、與或非門、異或門等幾種。16當(dāng)A，B兩個(gè)輸入端全為“1”時(shí)，T1和T2都導(dǎo)通，T3和T4都截止，輸出端為“0”。 當(dāng)輸入端有一個(gè)或全為“0”時(shí)，T1或T2（或都）截止，T3或T4 （或都）導(dǎo)通 ，輸出端Y為“1” 。（1）CMOS與非門電路 ()YAB CMOS與非門ABT3T4T2T1YVDD缺點(diǎn)：1. 輸入端的工作狀態(tài)不同時(shí)影響電壓傳輸特性。 2. 輸出的高、低電平受輸入端數(shù)目的影響。 3. 它的輸出電阻受輸入狀態(tài)的影響。

5、17當(dāng)A，B兩個(gè)輸入端全為“1”或 其中一個(gè)為“1”時(shí)，輸出端為“0”。只有當(dāng)輸入端全為“0”時(shí)，輸出端才為“1”。 （2）CMOS“或非”門電路 ()YAB BAVDDT3T4T2T1YCMOS或非門存在和與非門類似的問題。1819用途：輸出緩沖/驅(qū)動(dòng)器；輸出電平的變換；滿足大功率負(fù)載電流的需要；實(shí)現(xiàn)線與邏輯。()YAB RLVDD2CC40107VDD1ABVSSABYABYABRLVDDY2Y1G1G2線與邏輯符號(hào)線與連接方法RLVDDG1ABY2G2CDY1Y12YYY() ()()ABCDABCD()YAB 21CCDDV1T2T/IOvv/OIvvCC/IOvv/OIvvTG時(shí)，傳

6、輸門導(dǎo)通。1,0CC0,1CC時(shí)，傳輸門截止。22AYBTG1TG2AYBYAB23LOILTGRvvRRC/IOvv/OIvvTGCSW/IOvv/OIvvCSWIvOvLRC=0時(shí)開關(guān)截止。C=1時(shí)開關(guān)接通。模擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻為RTG。24時(shí)，輸出呈現(xiàn)高阻態(tài)。1EN 0EN 時(shí)，反相器正常工作。ENAYEN1T2TADDVY251EN1A1G2EN2A2GnENnAnG總線ENIDYOD/OIDD1G2G總線26為防止靜電電壓造成的損壞，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）在存儲(chǔ)和運(yùn)輸CMOS器件時(shí)，不要使用易產(chǎn)生靜電高壓的化工材料和化纖織物包裝，最好采用金屬屏蔽層作包裝材料。2）組裝、調(diào)試時(shí)，應(yīng)使電烙鐵和其他工具、儀表、工作臺(tái)臺(tái)面等良好接地。操作人員的服裝和手套等應(yīng)選用無(wú)靜電的原料制作。3）不用的輸入端不應(yīng)懸空。27由于輸入保護(hù)電路中的鉗位二極管電流容量有限，所以在可能出現(xiàn)較大輸入電流的場(chǎng)合，必須采取以下保護(hù)措施：1）輸入端接低內(nèi)阻信號(hào)源時(shí)，應(yīng)在輸入端與信號(hào)源之間串進(jìn)保護(hù)電阻，保證輸入保護(hù)電路中的二極管導(dǎo)通時(shí)電流不超過1mA。2）輸入端接有大電容時(shí)，應(yīng)在輸入端和電容之間接入保護(hù)電阻。3）輸入端接長(zhǎng)線時(shí)，應(yīng)在門電路的輸入端接入保護(hù)電阻。283. CMOS電路鎖定效應(yīng)的防護(hù)鎖定效應(yīng)或稱為可控硅效應(yīng)，是CMOS電路中的一個(gè)特有問題。發(fā)生鎖定效應(yīng)以后往往會(huì)造成器件的永久