如N个NMOS 管串联?
与非门
A& B
Y = AB
2. CMOS 与门 Y = AB = AB
+VDD
vO / V
TP
VDD A B
电压传输特性
+
vI
-
iD
vO
TN
C
0
DE F
VTH
vI / V
CA阈DB值、段电E：F压：段：
iD / mA
C D 电流传输特性
管截的止T漏状VNT、极态HTT=电，Np0、流均故.5T达导VPi总DD到通D≈有最，0一大流。个值过为两iD = iD（（maVx)D。D = 3 ~ 18 V）
P 沟道增强型 MOS 管: VGS <0
VGS > VTP VGS < VTP
MOS管导通 MOS管截止
5). MOS管的开关作用
a)N 沟道增强型 MOS 管)：
+VDD 导通
截止
RD
D G
vD
ROON约在1k以
内，与GVGS的
vO
vI
D vO vI
B
v CI RON 大小有关. CI
I
G 栅极S与衬底之间存
VNL =VIL(max)－VOL(max)
VOH VOH min
VIH
VNH
驱动门
VIH min负载门
VIL max
VOL V maxNL
VOL
VIL
3.传输延迟时间
传输延迟时间是表征门电路开关速度 的参数，它说明门电路在输入脉冲波
CMOS电路传输延迟时间
形的作用下，其输出波形相对于输入 波形延迟了多长的时间。
3 逻辑门电路
3.1 MOS逻辑门电路 3.2 TTL逻辑门电路 *3.3 射极耦合逻辑门电路 *3.4 砷化镓逻辑门电路 3.5 正负逻辑问题 3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题 3.7 用HDL描述逻辑门电路
3. 逻辑门电路
教学基本要求： 1、了解半导体器件的开关特性。 2、熟练掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或 门）、三态门、OD门（OC门）传输门的逻辑功能。 3、学会门电路逻辑功能分析方法。 4、掌握逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。
增强型 耗尽型
增强型 耗尽型
耗尽型场效应管:VGS = 0时漏源间存在导电沟道的MOS管 增强型场效应管:VGS = 0时漏源间不存在导电沟道的MOS管
N 沟道增强型 MOS 场效应管 1. 结构
源极
栅极 漏极
S
SiO2 G
D
D
N+
N+
P 型衬底
G S
P 沟道增强型 MOS 场效应管
源极 S
栅极 SiO2 G
+VDD
+ vI
-
TP iD
vO
TN
vO /V
VDD A B C
转折电压
0
DE F
VTH
vI /V
VTN
VTP
TNCDB、DECT、AT段段PPBE:：均：F段导工v段：通I 作v>：Ivv⇒vOI在=T<=N截0饱V.,V5止T和DVNTvDD区O，ND、略T导,TNi下D通N: v≈截降截（O0↓止。止，可↓、变⇒⇒功T电耗导iPD阻导极通↑区通=小）i，。D(m，ax)。
vI 1
负载门 G2
+VDD
vI
输入
高电平
VIH(min)
VIL(max)
输入 低电平
0 G2 门 vI 范围
不稳定区
低电平
0
vI /V
输入低电平的上限值
VIL(max)
输入高电平的下限值
VIL(min)
输出高电平的下限值 VOH(min)
输出低电平的上限值 VOH(max)
2. 噪声容限
噪声容限：在保证输出电平不变的条件下，输入电平允
IOH= nIIH
IIH …
拉电流
1
IIH
n个
N OH
=
IOH (驱 动 门 ) I IH (负 载 门 )
如NOH= NOL则取两者的最小值为门的扇出系数
各类数字集成电路主要性能参数的比较
电路类型
电源电 压/V
传输延 迟时间
/ns
静态功耗 /mW
功耗－延迟 积/mW-ns
直流噪声容限 VNL/V VNH/V
扇出数：是指其在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。 驱动门的所带负载分为灌电流负载和拉电流负载两种情况: （a)带灌电流负载
1 1 0 电流方向? 1 1
IOL= nIIL
IIL
…
灌电流
1
IIL n个
N OL
=
IOL (驱动门) IIL (负载门)
(b)带拉电流负载
0 1 1 电流方向? 1 0
0A B
EF
VTH
vI / V
2. CMOS反相器的特点
+10V
vi
0V
+VDD
+10V S2 TP
D2
D1 vO
当 υI=0V时
i D
VSGP≈ VDD
VGSN≈ 0
O
当 υI=VDD时
工作点
vO
iD
VSGN≈ VDD
S1 TN
工作点
O
VSGP≈ 0 vO
1、静态功耗极小（微瓦数量级） :T1和T2总有一个是关断的, 而且内阻极高。
漏极 D
P+
P+
N 型衬底
D G
S
2. 工作原理
绝缘栅场效应管利用 VGS 来控制“感应电荷” 的多少，改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道 的状况，以控制漏极电流 ID。 (1)VGS = 0 •漏源之间相当于两个背靠背的 PN 结，无论漏源之间 加何种极性电压， ID = 0
S
GD
S
D
N+
N+
30
0.135 0.130 0.8
VDD=5V
＋5
45 5×10－3 225 ×10－3 2.2 3.4
5
CMOS
VDD=15V ＋15 12 15×10－3 180 ×10－3 6.5 9.0
15
高速CMOS
＋5
8 1×10－3 8 ×10－3 1.0 1.5
5
3.1.3 MOS开关及其等效电路
P
(2) VDS = 0，0 < VGS < VT
VGS
P 型衬底中的电子被吸 S
G
D
引靠近 SiO2 与空穴复合， 产生由负离子组成的耗尽层。 增大 VGS 耗尽层变宽。
N+ −− −− −− N+
N 型沟道 P 型衬底
(3) VDS = 0，VGS ≥ VT 由于吸引了足够多的电子，会在耗尽层和 SiO2 之间形成
2、CMOS反相器的工作速度
带电容负载
VDD
输出从低电平
跳变为高电平
VDD
输出从高电平 跳变为低电平
VDD
iDP
TP vI
vI=0V vO
TN
iDN
CL
iDP vO vI
CL
iDP
TP
vO
TN
iDN
CL
在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关 闭时间是相等的。平均延迟时间：10 ns。
3.1.3 其他CMOS门电路
路空载时电源总电流ID与电源电压VDD的乘积。 对于TTL门电路来说，静态功耗是主要的。
CMOS电路的静态功耗非常低，CMOS门电路的动态功
耗为
PD=FCPDVDD2
5. 延时−功耗积
是速度功耗综合性的指标.延时−功耗积，用符号DP表示
6. 扇入与扇出数
DP=TpdPD
扇入数：取决于其的输入端的个数。
4000系列
速度慢 与TTL不 兼容 抗干扰 功耗低
74HC 74HCT
速度加快 与TTL兼容 负载能力强 抗干扰 功耗低
74VHC 74VHCT
速度更快 与TTL兼容 负载能力强 抗干扰 功耗低
74LVC 74VAUC
低(超低)电压 速度更加快 与TTL兼容 负载能力强 抗干扰功耗低
2.TTL 集成电路: 广泛应用于中大规模集成电路
结型场效应管 场效应管分类
绝缘栅场效应管
只有一种载流子参与导电；
场效应管特点 输入电阻高； 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、 成本低。
绝缘栅型场效应管
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。
特点：输入电阻可达 109 Ω 以上。
类型
N 沟道 P 沟道
+ VDS -
iD /mA
4
可 变
3
电 阻
2区
1
vGS = 6V
饱和区
5V
4V 3V
iD /mA vDS = 6V
4 3
2 1 VTN
0 2 468
截止区 输出特性
10开v启DS电/V 压0
VT= 2 V
2 4 6 vGS /V 转移特性
N 沟道增强型 MOS 管: VGS >0
VGS >VTN MOS管导通 VGS <VTN MOS管截止
1 高、低电平产生的原理
当S闭合，υO= 0 V
(低电平)
当S断开，υ O= +5 V (高电平)
vI
理想的开关应具有两个工作状态： 接通状态：要求阻抗越小越好，相当于短路。 断开状态：要求阻抗越大越好，相当于开路。