CMOS门电路学习教案

1、会计学1CMOS门电路门电路2一、MOS管的开关特性 1. MOS管的结构和工作原理GSvDSviD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。第1页/共28页3共源接法输出特性曲线GS(th)V转移特性曲线第2页/共28页4输出特性曲线GSGS(th)VV截止区漏极和源极之间没有导电沟道，iD0。漏极特性曲线分为三个工作区。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。恒流区

2、iD的大小基本上由vGS决定，vDS的变化对iD的影响很小。第3页/共28页5当 = 并继续升高， ，D-S间相当于一个闭合的开关。第4页/共28页6CIGDSCIGDSRON第5页/共28页7DDV1T2TIvOvSSVDiCMOS反相器的电路图当vI = VIL= 0时，T1导通，T2截止，输出为高电平VOH VDD 。当vI = VIH= VDD 时， T2导通，T1截止，输出为低电平VOL 0。 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第6页/共28页82. 电压传输特性12DDVVDDVDDO12DDVvIvOVGH(th)NVGH(th)PA BCDCMOS反相器

3、的电压传输特性第7页/共28页9CBAD12DDVDDVGS(th)NVGS(th)PVIvDiO第8页/共28页100IvON LVN LV N HV N HV4. 输入噪声容限第9页/共28页11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。DDV1T2TIvOvCC400系列的输入保护电路C1RSC2输入保护电路DDV1T2TIvOvC1RSC274HC系列的输入保护电路输入保护电路第10页/共28页1274HC系列的OCC400系列的O第11页/共28页132. 输出特性低电平输出特性当输出为低电平时，工作状态如下图所示。VDD=5V 1

4、0V15VIOLVOLOCMOS反相器的低电平输出特性DDV2TIHDDVVOLVD2iLROLI第12页/共28页14高电平输出特性当输出为高电平时，工作状态如下图所示。VDD=5V15VIOHVOHOCMOS反相器的高电平输出特性10VVDD1T0ILV DDVOHVLROHI第13页/共28页15在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。第14页/共28页16当A，B两个输入端全为“1”时，T1和T2都导通，T3和T4都截止，输出端为“0”。 当输入端有一个或全为“0”时，T1或T2（或都）截止，T3或T4 （或都）导通 ，输出端Y为

5、“1” 。（1）CMOS与非门电路 ()YAB CMOS与非门ABT3T4T2T1YVDD缺点：1. 输入端的工作状态不同时影响电压传输特性。 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。第15页/共28页17当A，B两个输入端全为“1”或 其中一个为“1”时，输出端为“0”。只有当输入端全为“0”时，输出端才为“1”。 （2）CMOS“或非”门电路 ()YAB BAVDDT3T4T2T1YCMOS或非门存在和与非门类似的问题。第16页/共28页18第17页/共28页19用途：输出缓冲/驱动器；输出电平的变换；满足大功率负载电流的需要；实现线与逻辑。()YA

6、B RLVDD2CC40107VDD1ABVSSABY第18页/共28页20ABYABRLVDDY2Y1G1G2线与逻辑符号线与连接方法RLVDDG1ABY2G2CDY1Y12YYY() ()()ABCDABCD()YAB 第19页/共28页21CCDDV1T2T/IOvv/OIvvCC/IOvv/OIvvTG时，传输门导通。1,0CC0,1CC时，传输门截止。第20页/共28页22AYBTG1TG2AYBYAB第21页/共28页23LOILTGRvvRRC/IOvv/OIvvTGCSW/IOvv/OIvvCSWIvOvLRC=0时开关截止。C=1时开关接通。模拟开关的导通内阻为RTG。第22

7、页/共28页24时，输出呈现高阻态。1EN 0EN 时，反相器正常工作。ENAYEN1T2TADDVY第23页/共28页251EN1A1G2EN2A2GnENnAnG总线ENIDYOD/OIDD1G2G总线第24页/共28页26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、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。第25页/共28页27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。3）输入端接长线时，应在门电路的输入端接入保护电阻。第26页/共28页283. CMOS电路锁定效应的防护锁定效应或称为可控硅效应，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