教案MOS构成基本逻辑门电路

教案M O S构成基本逻

辑门电路

集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]

上一讲内容回顾：

二极管与门及或门

二极管与门

二极管或门

NPN型三极管反相器电路（非门）及工作原理

二极管和三极管构成与非门及或非门

③输出特性

二. P沟道增强性MOS管的结构和工作原理

2. MOS分立元件构成非门（反相器）

V DD

u i

u o

R D

→u u

i

A

o

Y

A

Y

电压关系表

u

I

/V u O/V

0V

DD

V

DD

真值表

1

1

A Y

3. 分立元件二极管和MOS管构成与非及或非门

4. CMOS集成逻辑门电路

一．CMOS反相器工作原理

当NMOS管和PMOS管成对出现在电路中，且二者在工作中互补，称为CMOS管。

基本电路组成与工作原理

电压传输特性和电流传输特性

AB段：u I

i

D

?0，功耗极小。

BC段：u I>U th(N)，T N开始导通，u O略下降。

CD段：u I=0.5V DD，T N、T P均导通，u O↓→i D↑

=i D(max)。

DE、EF段：与BC、AB段对应，且T N、T P的状

态与之相反，T

N 截止→导通；T

P

导通→截止。

输入端噪声容限

在保证电路输出高或低电平为规定值的条件下，前一个门的输出作为后一个门的输入，其电平的允许波动的最大范围称为输入端噪声容限。

CMOS反相器的静态输入输出特性

①输入特性

因为MOS管的栅极和衬底之间存在着以SiO2为介质的输入电容，而绝缘介质非常薄，极易被击穿，所以应采取保护措施。

以74HC输入端保护电路输入特性为例介绍在正常的输入信号范围内，即–0.7V

在–0.7V~(V DD+0.7)V以外的区域，保护电路中的二极管已进入导通状态。

二极管导通时也限制了电容两端电压的增加，这非常利于提高工作速度。

注意：由于门电路输入端的的输入阻抗极高，若有静

电感应会在悬空的输入端产生不定的电位，故CMOS门电路的输入端不允许悬空。

②输出特性

输出低电平V OL时

输出高电平V OH时

考虑到芯片功耗发热等因素74HC系列CMOS门最大输出电流±4mA。

CMOS反相器的动态特性

①传输延迟时间

②交流噪声容限

噪声电压作用时间越短、电源电压越高，交流噪声容限越大。

③动态功耗

反相器从一种稳定状态突然变到另一种稳定状态的过程中，将产生附加的功耗，即为动态功耗。

PMOS、NMOS同时导通所消耗的瞬时导通功耗P T

负载电容充放电所消耗的功率P C

结论：为减小功耗需要减小C L、V DD和f，特别是需要减小V DD。与动态功耗相比，静态时总有一个管子处于夹断状态，故功耗极小，可忽略不计。