TP vI TN vO
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1. CMOS反相器的工作原理
当vI = 0 V时
VGSN =0 ＜ VTN
|VGSP|=VDD＞VTP
VDD
TN管截止；
TP管导通。
vI TP
电路中电流近似为零（忽略TN的 截止漏电流）,VDD主要降落在TN 上，输出为高电平VOH
VDD
TN
vO
VO H
VDD ROFF ≈VDD RON ROFF
C TP +5V –5V TN C
它广泛地用于采样保持电路、 斩波电路、模数和数模转换电路等。
vO/vI
vI/v
O
结构对称，其漏极和源极可互换， 它们的开启电压|VT|=2V 。
C
vI/vO
TG
vO/vI
由互补的信号电压来控制，分别
用C和 C 表示。
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C
2、CMOS传输门电路的工作原理
设TP和TN的开启电压|VT|=2V，
系列 参数 tpd/ns (CL=15pF) PD/mw DP/pJ
高速CMOS (74HC系列) 10 1.55 15.5
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VDD
+ vSGP vI – + iD TN – TP vO
T1和T2只有一个是工作的， 因而CMOS反相器的静态 功耗极小（微瓦数量级）。
10
3. CMOS反相器的工作速度
在电容负载情况下，它的开通时间与关闭时 间是相等的，这是因为电路具有互补对称的性质。
VDD
VDD
iDP
vI TP TN iDN
2.6 CMOS逻辑门电路
2.6.0 复习MOS管的有关知识 2.6.1 CMOS反相器 2.6.2 CMOS门电路
2.6.3 BiCMOS门电路
2.6.4 CMOS传输门
2.6.5 CMOS逻辑门电路的技术参数
1
2.6.0 复习MOS管的有关知识
大规模集成芯片集成度高，所以要求体积小，而 TTL系列不可能做得很小，但MOS管的结构和制造 工艺对高密度制作较之TTL相对容易，下面我们介绍 MOS器件。
F AB
两个串联的 NMOS T1、T2
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2.6.2 CMOS 门电路
2. 或非门电路
V
DD
•当A、B全为低电平时 输出为高电平时
0 0
B
T
P2
A
T
N2
1
T
N1
L
13
2.6.2 CMOS 门电路
2. 或非门电路
V
DD
•当A、B全为低电平时， 输出为高电平时
1 1
B
T
P2
A
T
N2
0
L
•当输入端A、B都为高 电平时， 输出为低电平时 •当A、B中有一个为高电平时 输出必为低电平时
与双极性电路比较，MOS管的优点是功 耗低，可达0.01mw，缺点是开关速度稍低。 在大规模的集成电路中，主要采用的CMOS 电路。
2
2.6.0 复习MOS管的有关知识
1. N沟道MOS管的结构
金属铝 绝缘层
沟道区域
P型衬底
3
2.6.0 复习MOS管的有关知识
2. 工作原理
• 当G、S间加上正电压， •VGS=0时，则D、S之间 且VGS>VT时，栅极与衬 相当于两个PN结背向的 底之间形成电场，吸引 串联， D、S之间不通， 衬底中的电子到栅极下 iD＝0。 面的衬底表面，形成一 个N型的反型层－－构成 D、S之间的导电沟道。
小
vI=0V
vO CL
小
vO CL
平均延迟时间：10ns
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2.6.2 CMOS 门电路
1、与非门
两个并联的 PMOS管T3、T4 止 止 通 止 10 1 0 通 止 通 通
二输入“与非”门电路结构如图 •当A和B为高电平时:
输出低电平
•当A和B有一个或一个以上 为低电平时:

1 电路输出高电平 入 端 与 一 个 每个输 1 NMOS管和一个PMOS 管的栅极相连 电路实现“与非”逻辑功能
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1. CMOS反相器的工作原理
当vI =VOH= VDD时
VDD
VGSN =VDD > VTN
|VGSP|= 0 < VTP
TN管导通；
TP管截止。
vI TN TP vO
此时，VDD主要降在TP管上，输 出为高电平VOL :
VDD VO L RON RON ROFF
L A
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2. CMOS反相器的特点
P型衬底
反型层 （导电沟道）
•当|VGS| > |VT|时，管子导通，导通电阻很小，相当于开关闭合。
5
2.6.1 CMOS反相器
1. CMOS反相器的工作原理 2. CMOS反相器的特点 3. CMOS反相器的传输特性
4. CMOS反相器的工作速度
6
பைடு நூலகம்
1. CMOS反相器的工作原理
VDD
VDD ＞(VTN VTP )
P型衬底 反型层 （导电沟道）
•VT被称为MOS管的开 启电压。 •由于VGS ＝0时，无导电沟道，在增强VGS 电压后形成导电沟 道，所以称这类MOS管为增强型MOS管。
4
2.6.0 复习MOS管的有关知识
2. 工作原理
N沟道增强型MOS管具 有以下特点： •当VGS<VT 时，管子截 止，相当于开关断开； •当VGS>VT 时，管子导 通，导通电阻很小，相 当于开关闭合 。 同样，对P沟道增强型 MOS管来说： •当|VGS| < |VT|时，管子截止，相当于开关断开；
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3. CMOS逻辑门电路的技术参数
CMOS门电路的性能比较
基本的 CMOS (4000/4000B 系列) 75 0.002 0.15 与TTL兼容的 高速MOS (74HCT系列) 13 1.002 13.026 与TTL兼容的 高速BiCMOS (74BCT)系列 2.9 0.0003~7.5 0.00087~22
且输入模拟信号的变化范围为－5V到+5V。
C
+5V
TP
C
5V
TP +5V –5V TN
5V~+5V
vI /vO
+5V –5V TN C
I＜3V
vO/vI
－3V~+3V
C
I>+3V
vI /vO
vO/vI
5V
+5V
当c端接低电压5V时 开关断开
当 c端接高电压+5V 一管导通程度愈深，另一管导通 愈浅，导通电阻近似为一常数。
T
N1
L A B
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3. 异或门电路
由或非门和与或非门组成
V
DD
L A B X A B A B
B
X
L=A B
A B A B
A
A B
同或门？
X A B
AB
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2.4.4 CMOS传输门
1. CMOS传输门电路 (TG) 是一种传输信号的可控开关，截止电阻>107Ω，导通电阻 <几百Ω，所以是一个理想的开关。