第2章开关及门2010版.

1、数字逻辑电路数字逻辑电路第第2章章制作者：制作者：刘常澍、张涛、刘常澍、张涛、李志华、马欣、于洁潇李志华、马欣、于洁潇 21 晶体管的开关特性及简单门电路晶体管的开关特性及简单门电路22 TTL集成门电路集成门电路23 其他类型双极型数字集成电路其他类型双极型数字集成电路24 CMOS集成门电路集成门电路引言引言门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与基本门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与基本逻辑关系相对应，门电路主要有：逻辑关系相对应，门电路主要有：与门与门、或门或门、非门非门、与非门与非门、或非门或非门、与或非门与或非门、异或门异或门等。等。在数字电路中，一般用高电平代表在数字电路中，一

2、般用高电平代表1、低电平代表、低电平代表0，即所谓的即所谓的正逻辑系统正逻辑系统。正逻辑正逻辑00VVCC1引言引言所谓的所谓的负逻辑系统负逻辑系统, 一般用高电平代表一般用高电平代表0、低电平代、低电平代表表1，分下面两种情况。，分下面两种情况。负逻辑负逻辑10VVCC000VVCC1 1)exp(TDSDVvIi二极管二极管PN结的电流方程结的电流方程1、二极管静态开关特性、二极管静态开关特性 （1）二极管正向导通时的特点及导通条件）二极管正向导通时的特点及导通条件 A. VDth ：门槛电压或称阈值电压、开启电压：门槛电压或称阈值电压、开启电压 B. VD ：导通压降：导通压降 VD =

3、0.7V视为硅二极管导通的条件视为硅二极管导通的条件（2）二极管截止时的特点及截止条件）二极管截止时的特点及截止条件 A. 截止条件：截止条件：VRVDth B. 实际：实际：VR0，保证二极管可靠截止，保证二极管可靠截止 C. VZ：二极管的反向击穿电压：二极管的反向击穿电压 D. IS：二极管的反向漏电流：二极管的反向漏电流动态过程（过渡过程）：二极管导通和截止之间转换过程。动态过程（过渡过程）：二极管导通和截止之间转换过程。2、二极管动态开关特性、二极管动态开关特性 3、二极管开关参数、二极管开关参数 （1）t re反向恢复时间：二极管从导通到截止所反向恢复时间：二极管从导通到截止所需时

4、间。需时间。 二极管两端输入电压的频率过高，以至输入负电二极管两端输入电压的频率过高，以至输入负电压的持续时间小于它的反向恢复时间时，二极管压的持续时间小于它的反向恢复时间时，二极管将失去其单向导电性。将失去其单向导电性。 （2）零偏压电容：二极管两端电压为零时零偏压电容：二极管两端电压为零时,扩散扩散电容和结电容的容量之和。电容和结电容的容量之和。 影响二极管反向恢复时间最重要的因素。影响二极管反向恢复时间最重要的因素。 4、二极管开关的应用举例、二极管开关的应用举例vI 的极性使二极管正偏导通，则的极性使二极管正偏导通，则vI被传到输出端被传到输出端vO ；vI的极性使二极管反偏截止，则的

5、极性使二极管反偏截止，则vI传不到输出端传不到输出端vO，输出为，输出为0。（1）脉冲极性选择电路）脉冲极性选择电路（2）限幅电路）限幅电路4、二极管开关的应用举例、二极管开关的应用举例（3）钳位电路）钳位电路4、二极管开关的应用举例、二极管开关的应用举例 三极管具有饱和、放大和截止三种工作状态，在三极管具有饱和、放大和截止三种工作状态，在数字电路中，静态主要工作于饱和和截止状态数字电路中，静态主要工作于饱和和截止状态 。NPN型硅三极管开关电路及其特性型硅三极管开关电路及其特性 1、三极管的静态开关特性、三极管的静态开关特性 （1）三极管的截止状态和可靠截止的条件）三极管的截止状态和可靠截止

6、的条件 当当vI很小，如很小，如vIIBS，三极管在，三极管在vIVIH时能够饱和。时能够饱和。iBi1i2 ；i1（VIHVBES）RB1 ；i2（VBES+VBB）RB2 mAB2BBBESB1BESIHB35. 010)22. 057. 0(103067 . 0101 . 57 . 06 . 3333RVVRVVimA12. 0102503 . 0123CCESCCCSBSRVVII1、NMOS管的工作特性及其曲线管的工作特性及其曲线 G：栅极或称控制极：栅极或称控制极D：漏极：漏极B：衬底：衬底S：源极：源极VGS=0VVGSVGS(th)N(VT)1、NMOS管的工作特性及其曲线管的

7、工作特性及其曲线 G：栅极或称控制极：栅极或称控制极D：漏极：漏极S：源极：源极B：衬底：衬底VT：开启电压，也叫阈值电压：开启电压，也叫阈值电压 VGS(th)N ，一般为（一般为（23V） 转移特性曲线转移特性曲线 1、NMOS管的工作特性及其曲线管的工作特性及其曲线 G：栅极或称控制极：栅极或称控制极D：漏极：漏极S：源极：源极B：衬底：衬底双极型三极管三个区：双极型三极管三个区：截止区、放大区、饱和区截止区、放大区、饱和区MOS管的三个区：管的三个区：截止区截止区、恒流区恒流区、线性区线性区漏极特性曲线漏极特性曲线1、NMOS管的工作特性及其曲线管的工作特性及其曲线 （1）当）当vI(

8、vGS)VT时，截止区时，截止区iD0mA，vO VDDiD RDVDD , RDS（off）极大，约为极大，约为109以上以上1、NMOS管的工作特性及其曲线管的工作特性及其曲线 特性曲线特性曲线开关电路开关电路（2）当）当vI(vGS)VT时，恒流区时，恒流区 截止等效电路截止等效电路特性曲线特性曲线（3）当）当vIvm时，线性区时，线性区 vO0V，iD很大，等效电阻很大，等效电阻RDS（on）很小，约为几百欧姆很小，约为几百欧姆 Vm: MOS管进入线性区的临界点电压管进入线性区的临界点电压 ，Vm的值的值与管子的特性、负载大小有关。与管子的特性、负载大小有关。1、NMOS管的工作特性

9、及其曲线管的工作特性及其曲线 开关电路开关电路线性等效电路线性等效电路（1）当）当vI(vGS)VT时，截止区，相当于开关断开；时，截止区，相当于开关断开；（2）当）当VTvI(vGS) vm时，恒流区，转换过渡时，恒流区，转换过渡 ；（3）当）当vI(vGS)vm时，线性区，相当于开关接通时，线性区，相当于开关接通 。2、NMOS管的开关特性管的开关特性（1）当）当vI=0V，vSG = -vI=0V-VT，线性区，线性区 )(onDSDRRVvO0VVvDDO10RDS（off）3、PMOS管的开关特性管的开关特性4、MOS管的管的4 种形式种形式N沟道增强型沟道增强型N沟道耗尽型沟道耗尽

10、型P沟道增强型沟道增强型P沟道耗尽型沟道耗尽型2.1.4 分立元件构成的门电路分立元件构成的门电路 1、 二极管与门电路二极管与门电路 ABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VABY000010100111用电平值表示用电平值表示用逻辑值表示用逻辑值表示Y=AB2、二极管或门电路、二极管或门电路 ABY0V0V-0.7V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY000011101111用电平值表示用电平值表示用逻辑值表示用逻辑值表示Y=A+B例例2-1：已知二极管三输入与门和三输入或门以及三：已知二极管三输入与门和三输入或门以及三个输入信号的波形，根据

11、与逻辑和或逻辑的功能，个输入信号的波形，根据与逻辑和或逻辑的功能，对应输入信号分别画出与门和或门的输出信号波形。对应输入信号分别画出与门和或门的输出信号波形。 三极管非门三极管非门AF VAVF3V0.3V0V3.7VVAVF10013、 三极管非门电路三极管非门电路 钳位二极管钳位二极管例例2-3：由图所示电路，根据输入波形，画出输出由图所示电路，根据输入波形，画出输出Y的波形。的波形。解：由图可以看出，输出解：由图可以看出，输出Y=Y1+Y2=AB+CD，根据，根据“与与”逻辑和逻辑和“或或”逻辑的性质，画出输出逻辑的性质，画出输出Y的波形的波形 晶体管门电路晶体管门电路(分立元件分立元件

12、) 集成电路集成电路 (TTL和和MOS)可编程逻辑器件可编程逻辑器件(CPLD、FPGA)数字数字电路电路集成电路优点集成电路优点: :体积小、耗电少、重量轻、可靠性高等。体积小、耗电少、重量轻、可靠性高等。 RTL（Resister-Transistor Logic）电阻晶体管逻辑；）电阻晶体管逻辑；DTL（Diode-Transistor Logic）二极管晶体管逻辑；）二极管晶体管逻辑；HTL（High-Threshold Logic）高阈值逻辑；）高阈值逻辑；TTL（Transistor -Transistor Logic）晶体管）晶体管-晶体管逻辑；晶体管逻辑；ECL（Emitte

13、r Coupled Logic）发射极耦合逻辑；）发射极耦合逻辑；I2L（Integrated Injection Logic）集成注入逻辑）集成注入逻辑(IIL)。 常见的数字集成电路分为双极型和单极型两大工艺类常见的数字集成电路分为双极型和单极型两大工艺类 双双极极型型PMOS (P-Metal Oxide Semiconductor )型型;NMOS (N-Metal Oxide Semiconductor )型型;CMOS(Complementary-MOS)型型 单单极极型型1、TTL与非门的电路结构与非门的电路结构（1）输入级）输入级T1、R1、D1和和D2多发射极三多发射极三极管

14、极管, ,实现实现与逻辑与逻辑 D1D2保护保护（2）分相级）分相级T2和和R2、R3输入级输入级在流过在流过R1电流相同的情电流相同的情况下，使输出管况下，使输出管T4有更有更大的基极电流，提高了大的基极电流，提高了带负载能力并提高了开带负载能力并提高了开关速度。关速度。分相级分相级1、TTL与非门电路的结构与非门电路的结构输出级输出级多发射极多发射极三极管三极管,实实现与逻辑现与逻辑 D1D2保护保护输入级输入级分相级分相级（3）输出级）输出级 T3、T4、R4和和D3T3和和T4：推拉式电路。总是一：推拉式电路。总是一个导通而另一个截止，有效地个导通而另一个截止，有效地降低了输出级的静态

15、功耗，提降低了输出级的静态功耗，提高了与非门的负载能力。高了与非门的负载能力。 （1）输入有低（）输入有低（0.3V），输出必高），输出必高0.3VVT1B=5V2、TTL与非门的工作原理与非门的工作原理 VT1C=0.4V导通需导通需1.4VL1VVOVO=5V-VR2-VBE3-VD3 3.6V高电平！高电平！（1）输入有低（）输入有低（0.3V），输出必高），输出必高2、TTL与非门的工作原理与非门的工作原理 T2和和T4截止截止3.6V3.6VVT1B=2.1VVT1C=1.4VVT2C=1VVT4B=0.7V（2）输入全高（）输入全高（3.6V），输出才低），输出才低2、TTL与非门

16、的工作原理与非门的工作原理 VOH全反偏全反偏饱和饱和VO=0.3V（2）输入全高（）输入全高（3.6V），输出才低），输出才低2、TTL与非门的工作原理与非门的工作原理 D1、D2的作用：的作用： 当输入电压低于当输入电压低于0V时导通，时导通，避免避免T1发射结通过过大电流发射结通过过大电流被钳在被钳在- -0.7VD1、D2的的保护作用保护作用2、TTL与非门的工作原理与非门的工作原理 输入电压输入电压过低，过低，低于低于0V传输特性曲线传输特性曲线 TTL与非门的与非门的vO随输入电压随输入电压vI变化变化的关系称为电压传输特性。的关系称为电压传输特性。 3、TTL与非门的电压传输特性

17、与非门的电压传输特性4. TTL与非门的参数与非门的参数 从电压传输特性得到从电压传输特性得到几个重要参数：几个重要参数： (1)输出高电平：输出高电平：VOH(2)输出低电平：输出低电平：VOL空载时空载时3.6V，标准值标准值3.0V， 一般一般 2.4V即可称之为高电平。即可称之为高电平。空载时空载时0V，标准值标准值0.3V，一般一般0.5V即可称之为低电平。即可称之为低电平。(3)关门电平：关门电平：VOFF使使TTL与非门与非门T4关断的输入电平，关断的输入电平， VOFF 0.8V(4)开门电平：开门电平：VON使使TTL与非门与非门T4导通的输入电平，导通的输入电平， VON

18、1.8V4. TTL与非门的参数与非门的参数 从电压传输特性得到从电压传输特性得到几个重要参数：几个重要参数： 低电平噪声容限低电平噪声容限0.3VVNL 0.8V高电平噪声容限高电平噪声容限2.4VVNL POFF。标准系列标准系列TTL与非门的单门导通空载功耗约与非门的单门导通空载功耗约32mW5. 传输延迟时间传输延迟时间传输延迟时间为输入一个正脉冲传输延迟时间为输入一个正脉冲对应的输出下降延迟时间和上升对应的输出下降延迟时间和上升延迟时间的平均值延迟时间的平均值)(21drdfpdttt输出波形相对输入波形的滞后时间称为传输延迟时间输出波形相对输入波形的滞后时间称为传输延迟时间 tpd

19、 集成电路一般平均传输延集成电路一般平均传输延迟时间的单位是纳秒迟时间的单位是纳秒（ns）。 1、TTL集成电路集成电路 悬空的输入端相当悬空的输入端相当于接高电平。于接高电平。2、为了防止干扰，将不用的输入端、为了防止干扰，将不用的输入端接高电平，不要悬空。接高电平，不要悬空。 或非门、与或非门、或非门、与或非门、三态门、集电极开路门（三态门、集电极开路门（OC门）门） 。 其中，或非门、与或非门等是指逻辑功能，其中，或非门、与或非门等是指逻辑功能，而而 三态门、集电极开路门则是指逻辑门的输出三态门、集电极开路门则是指逻辑门的输出结构，并非逻辑功能。结构，并非逻辑功能。1、TTL或非门或非门

20、 A B Y3.6VBC导通导通1.4VT2、T4导通导通1V1 13.6V0BC导通导通低电平低电平A B Y0.3导通导通1.4VT2、T4导通导通1V1 1 01 00 1 03.6V00.4V0.7V低电平低电平同理同理1、TTL或非门或非门 A B Y0.3V导通导通0.4VT2、T4截止截止5VBAY0 0 1 1 01 0 00 1 00.3V10.4V高电平高电平1、TTL或非门或非门 2、集电极开路、集电极开路TTL门（门（OC门门) 1CDABABCD“L”“H”i: Vcc R4 T3 D3T4因为因为 输出电阻小，所以输出电阻小，所以i 很大。很大。1. 使输出低电平升

21、高。使输出低电平升高。2. 功耗过大损坏管子。功耗过大损坏管子。解决：解决：输出级改为集电极开路输出级改为集电极开路 OC门的门的“线与线与”连接，连接，共用一个负载电阻：共用一个负载电阻：Y=Y1Y22、集电极开路、集电极开路TTL门（门（OC门门) OC门的门的“线与线与”连接，连接，输出端等效电路输出端等效电路2、集电极开路、集电极开路TTL门（门（OC门门) 表示开路输出，下画横线表示表示开路输出，下画横线表示L型，即型，即输出晶体管导通时为输出晶体管导通时为低电平低电平。截止时为。截止时为高高阻状态阻状态。表示开路输出，上画横线表示表示开路输出，上画横线表示H型，即型，即输出晶体管导

22、通时为输出晶体管导通时为高电平高电平。截止时为。截止时为高高阻状态阻状态。 2、集电极开路、集电极开路TTL门（门（OC门门) OC门可以驱动门可以驱动小型指示灯小型指示灯OC门可以驱动门可以驱动发光二极管发光二极管LEDOC门可以驱动门可以驱动小型继电器小型继电器说明：说明：a. 其中其中VC1可以和可以和VCC不一样不一样b. OC门的逻辑可以是任意逻辑门的逻辑可以是任意逻辑3、三态输出、三态输出TTL门（门（3S门）门） 如何实现？效果如何？如何实现？效果如何？与非门只有高电平、与非门只有高电平、低电平两个状态低电平两个状态为了使器件能够在数据总线为了使器件能够在数据总线构成时正确传输逻

23、辑信号还构成时正确传输逻辑信号还应使输出不发送信号的状态应使输出不发送信号的状态呈现高阻状态，就像与其他呈现高阻状态，就像与其他电路断开一样，电路断开一样， 简称简称3S（Three State）门。）门。问题：问题：T3和和T4应同时处于截应同时处于截止状态止状态 。E1时，输出时，输出Y与输入与输入A、B之间为正常的与非关系。之间为正常的与非关系。 E0时，时，T2和和T4截止。同时，截止。同时，二极管二极管D正偏导通，将正偏导通，将T3的基的基极钳位在低电平，使极钳位在低电平，使T3也处也处于截止状态，从而实现了于截止状态，从而实现了T3与与T4同时截止。同时截止。 3、三态输出、三态输

24、出TTL门（门（3S门）门） 需要增加一个控制输入端称为需要增加一个控制输入端称为“使能使能” 或或“允许允许”，又有又有高电平高电平有效和有效和低电平低电平有效两种方式。有效两种方式。 (1) 高电平有效方式高电平有效方式符符号号3、三态输出、三态输出TTL门（门（3S门）门） (2) 低电平有效方式低电平有效方式 时，输出时，输出Y与输入与输入A、B之间为正常的与非关系。之间为正常的与非关系。 0E 时，时，T2和和T4截止。同时，截止。同时，二极管二极管D正偏导通，将正偏导通，将T3的基的基极钳位在低电平，使极钳位在低电平，使T3也处也处于截止状态，从而实现了于截止状态，从而实现了T3与

25、与T4同时截止。同时截止。 1E符符号号系列系列特点特点54/74系列系列最早产品，中速器件，目前仍在使用。最早产品，中速器件，目前仍在使用。54H/74H系系列列74系列改进型，速度较系列改进型，速度较74系列高，但功耗较大，目系列高，但功耗较大，目前已使用较少。前已使用较少。54S/74S系系列列采用肖特基晶体管和有源泄放网络，速度较高，品采用肖特基晶体管和有源泄放网络，速度较高，品种较种较74LS少。少。54LS/74LS系列系列低功耗肖特基系列，品种及生产厂家很多，价格很低功耗肖特基系列，品种及生产厂家很多，价格很低，为目前集成电路中主要应用产品系列。低，为目前集成电路中主要应用产品系

26、列。54AS/74AS系列系列74S的后继产品，速度功耗有改进。的后继产品，速度功耗有改进。54ALS/74ALS系列系列74LS后继产品，速度功耗有较大改进，但目前较后继产品，速度功耗有较大改进，但目前较74LS系列品种少，价格略高。系列品种少，价格略高。/系列系列与与74ALS及及74AS类似，属高速型，目前产品较少。类似，属高速型，目前产品较少。54/74族族TTL集成电路命名的规则，按以下几部分规定：集成电路命名的规则，按以下几部分规定： 首标首标 54/74 族号族号 系列规格系列规格 集成电路的功能编号集成电路的功能编号 封装形式、材料封装形式、材料其中其中“首标首标”由厂家给定，

27、如：由厂家给定，如：SN表示美国表示美国Texas公司标准双极公司标准双极电路，电路，HD表示日本表示日本HITACHI公司数字电路；公司数字电路；“系列规格系列规格”用用H、S、LS、AS、ALS、F中的一个表示，如果中的一个表示，如果不选，表示标准系列；不选，表示标准系列；“集成电路功能编号集成电路功能编号”为二到四位阿拉伯数字，用以表示不同为二到四位阿拉伯数字，用以表示不同功能，从功能，从00开始；开始；封装形式有双列、扁平、封装形式有双列、扁平、LCC等，材料有陶瓷、金属、塑料等。等，材料有陶瓷、金属、塑料等。例如，例如，SN74LS00，HD74ALS00，SN74AS00，SN74

28、S00，HD74H00，HD7400，它们的逻辑功能均相同，都是四，它们的逻辑功能均相同，都是四2输入与输入与非门。但在电路的速度及功耗等参数上有差别。非门。但在电路的速度及功耗等参数上有差别。SN 74 LS 00 P CT: 中国中国TTL参参 数数 名名7474H74S74LS最小输入高电平电压最小输入高电平电压VIH(min) (V)2.02.02.02.0最大输入低电平电压最大输入低电平电压VIL(max)(V)0.80.80.80.8最小输出高电平电压最小输出高电平电压VOH(min)(V)2.42.42.72.7最大输出低电平电压最大输出低电平电压VOL(max)(V)0.40.

29、40.50.5最大输入高电平电流最大输入高电平电流IIH (mA)0.040.050.050.02最大输入短路电流最大输入短路电流IIS(mA)1.62.02.00.4最大高电平输出电流最大高电平输出电流IOH(max)(mA) 0.40.51.00.4最大低电平输出电流最大低电平输出电流IOL(max)(mA) 1620208电源电压范围电源电压范围VCC (V)55% 55% 55% 55%扇出系数扇出系数NO(个个)10101020平均传输延迟时间平均传输延迟时间tpd(ns)10639.5最高时钟脉冲频率最高时钟脉冲频率fCP(MHz)25508033表中电流方向规定流入门电路为正，流

30、出门电路为负。不同型号表中电流方向规定流入门电路为正，流出门电路为负。不同型号的电路，电气参数不完全相同，具体参数应查看相关技术手册。的电路，电气参数不完全相同，具体参数应查看相关技术手册。2.3.1 ECL（发射极耦合逻辑）门电路（发射极耦合逻辑）门电路ECL（Emitter Coupled Logic）是电流开关型的电路，双极型的集成）是电流开关型的电路，双极型的集成电路中工作速度最高，传输延时可短至电路中工作速度最高，传输延时可短至1nS以下。以下。ECL基本电路基本电路输出输出vO1和和vO2则你高我则你高我低，抑或我高你低。低，抑或我高你低。VR是基准电压，欲使是基准电压，欲使T2管

31、截止，管截止，T1管导通，管导通，vI应应低于（低于（1.9+0.7）V；欲；欲使使T2管导通，管导通，T1管截止，管截止，vI应高于（应高于（1.9+0.7）V。高低逻辑电平差别小，即高低逻辑电平差别小，即逻辑摆幅小，约为逻辑摆幅小，约为0.8V，与其他器件不兼容。与其他器件不兼容。2.3.1 ECL（发射极耦合逻辑）门电路（发射极耦合逻辑）门电路ECL门或门或/或非门电路形式或非门电路形式ECL基本电路形式是基本电路形式是或或/或非门或非门，负载电阻常，负载电阻常 用外接形式，用外接形式，即发射极开路输出，即发射极开路输出，或或/或非门符号或非门符号发射极开路输发射极开路输出出(OE)符号

32、符号2.3.2 I2L (集成注入逻辑集成注入逻辑)门电路门电路I2L（Integrated Injection Logoc IIL）电路的基本单元极其简单，因）电路的基本单元极其简单，因而功耗小、集成度高。而功耗小、集成度高。I2L基本电路基本电路PNP管用作恒流源管用作恒流源 ，电，电阻在集成电路外接。阻在集成电路外接。简单电路画法简单电路画法2.3.2 I2L (集成注入逻辑集成注入逻辑)门电路门电路I2L（Integrated Injection Logoc IIL）电路的基本单元极）电路的基本单元极其简单，因而功耗低、集成度高。其简单，因而功耗低、集成度高。I2L或或非门电路形式或或

33、非门电路形式高低逻辑电平差别小，即高低逻辑电平差别小，即逻辑摆幅小，约为逻辑摆幅小，约为0.6V，与其他器件不兼容。与其他器件不兼容。但可以用其作为核心逻辑但可以用其作为核心逻辑电路，外围端口制作成电路，外围端口制作成TTL型型 ，因它们的工艺，因它们的工艺是兼容的。是兼容的。或或/或非门符号或非门符号2.4.1 CMOS反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理1、CMOS反相器的电路结构反相器的电路结构 CMOS反相器是由反相器是由NMOS管管T1和和PMOS管管T2组成的组成的互补互补式电路式电路。通常以。通常以PMOS管作负管作负载管载管，NMOS管作驱动管管作驱动管。采。采

34、用单一正电源供电。用单一正电源供电。 T1和和T2的的栅极栅极G并联并联为反为反相器的相器的输入端输入端，漏极漏极D并联并联作作为反相器的为反相器的输出端输出端。工作时，。工作时，T2的源极接电源正极的源极接电源正极，T1的的源极接地源极接地。 2、CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理 A.当输入信号当输入信号VI=VIL=0V时时NMOS管的栅源电压管的栅源电压vGS1=0VT1，所以所以T1管截止管截止,内阻高达内阻高达108；PMOS管的栅源电压管的栅源电压vGS2= -VDDVT2，即，即|vGS2|VT2|，T2管导通管导通，导通电阻导通电阻小于小于1k。VOHVDDB.当输入信

35、号当输入信号vI=VIH=VDD时时NMOS管的栅源电压管的栅源电压vGS1=VDDVT1 ，所以所以T1管导通管导通,导通电阻导通电阻小于小于1k ；PMOS管的栅源电压管的栅源电压|vGS2|=0|VT2| ，T2管截止管截止，内阻高达，内阻高达108 。VOL0V T1、T2参数对称，输入高电平和参数对称，输入高电平和低电平时，总是一个导通，一个截止，低电平时，总是一个导通，一个截止，即处于互补状态，所以把这种电路结即处于互补状态，所以把这种电路结构称为互补对称结构。构称为互补对称结构。 3、电压传输特性和电流转移特性、电压传输特性和电流转移特性ab 区：由于输入电压区：由于输入电压VIVT1，因此，因此vGS1|VT2|，故，故PMOS管管T2导通，并工导通，并工作于线性区，导通电阻约作于线性区，导通电阻约500左右。左右。输出电压为高电平输出电压为高电平VOHVDD。bc 区：由于区：由于VI升高，致使升高，致使vGS1VT1，NMOS管管T1开始导通，此时开始导通，此时VO仍然较仍然较高，使高，使vGD1VT1，因而，因而T1工作在内阻工作在内阻较高的恒