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《数字电路基础_d02-04cmos门电路》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、2.4CMOSn电路MOS管是金属一氧化物一半导体场效应管(Metal—Oxide—SemiconductorField—Effect-Transistor)的简称，属单极型晶体管。以MOS场效应管作为开关元件的门电路叫做MOSfl电路。MOS门电路有3种：使用P沟道管的PMOS电路；使用N沟道管的NMOS电路以及由PMOS管和NMOS管共同组成的互补CMOS单元电路构成的CMOS电路。2.4.1四种类型的MOS场效应管1.增强型MOS管增强型NMOS管结构是在P型半导体衬底(B)±,扩散两个高掺杂浓度的N型区，形成MOS管的源极
2、(S)和漏极(D)；在漏源极间硅片的表面再生成二氧化硅绝缘层。在绝缘层上覆盖一层金加铝或多品硅，引出第三个电极作为栅极(G)。栅极与其他电极是绝缘的。增强型MOS管的特点就是在栅极一源极间电压=0时，没有原始导电沟道，漏极电流ln=0o(1)N沟道增强型MOS管采用P型衬底，导电沟道是N型，只冇血大于开启电压Ut(Ut>0)时，才建立导电沟道。工作时漏极使用正电源，同时应将衬底与源极相连或者接到系统的最低电位上。图上4-2(R中示岀了增强型NMOS管的电路符号。D.I)(a)N沟道増强療(b)P沟道增强型图2-42增强32MOS场
3、效应背的电路符号(2)P沟道增强型MOS管图2-4-2(b)所示是增强型PMOS管的电路符号。它采用N型衬底，导电沟道为P型。只有在栅极上加以足够大的负电压，使％6$小于开启电压(Dr<0)时，才能建立P型的导电沟道。这种MOS管工作时漏极使用负电源，同时应将衬底与源极和连或者接到系统的最高电位上。2.耗尽型MOS管耗尽型MOS管的结构形式与增强型MOS管和同，不同之处是在二氧化硅绝缘层中掺入了大量的带电离子(结构图略)，比如在耗尽型NMOS的二氧化硅绝缘层中掺人了大量的.正离To图2-4-3示出了它们的电路符号，从图屮可见，漏极
4、D-源极S间是连通的，表示血=0时就有原始导电沟道存在，在正常工作情况下，漏极电流i°H0。D<——B►kJS(a)N沟道耗尽塑(b)P沟道耗尽型图2-4-3耗尽阳MOS场效应管的电路符号(1)N沟道耗底型MOS管…采用P型衬底,导电沟道为N型,图2-4-3(a)示出了它的电路符号。在以ugs>0时,导电沟道随Z变宽，漏极电流iD增大；Ugs为负时导电沟道变窄，ii)减小，直到比小于夹断电压山(Up<0,导电沟道才消失，MOS管截止，in=0o在正常工作时，对衬底的处理与增强型NMOS管相同。(2)P沟道耗尽型MOS管图2-4-3
5、(b)是P沟道耗尽型MOS管的电路符号。当Ugs为负时导电沟道进一步加宽，in的绝対值增加；而Ugs为正时导电沟道变窄，山减小。当U(；s电压大于夹断电压UP(UP>0)吋，导电沟道消失，管子截止。在正常工作吋，对衬底的处理与增强型PMOS管相同。2.4.2MOS管的开关特性2.4.3CMOS反相器CMOS逻辑门电路是目前应用较为普遍的逻辑电路，它同NMOS—样，适宜制作人规模集成电路(如存储器和微处理器等),卜•面先讨论CMOS反相器，然后再介绍其他CMOS逻辑门电路。CMOS反相器如图2-4-5所示，它由一对增强型NMOS和P
6、MOS管组成，其中VT1为驱动管，而VT2为负载管。由图町见，XMOS管VT1和PMOS管VT2的漏极相连作为反相器的输出，而它们的栅极连在一起作为逻辑输入端，VT1的源极接地，VT2的源极接十Udd。为了使电路能正常工作，要求Udd大于NMOS管和PMOS管的开启电压之和，即Udd>Utn十Utp。1.CMOS反相器的工作原理如果VT1和VT2的开启电压分别为Utn和Utp,当输入为低电平UiL=OV时，VT1管的UgsVUtn,VT1截止，但由于VT2管的Ugs>
7、Utp所以VT2导通，输出高电平Uoi［接近于十5V。反之当输
8、入为高电平Uin=+5V时,VT1管的Ugs>Utn,VT1导通截止,但由于VT2管的Ugsv
9、Utp
10、,所以VT2截止，输出低电平Uol接近于0V。2.CMOS反相器的电压传输特性CMOS反和器的电压传输特性如图2-4-6所示。(a)CMOS反相器的电压传播特性(b)CMOS反相器的电流特性246CMOS相器的电压传管特性和电流特性3.CMOS反相器的输入端的保护由于MOS管栅极容易击穿，必须采取保护措施。通常在输入端设置保护电路。如图2-4-8所示。2-4-874HC系列的输入保护电路4.CMOS反相器的输出特性和负载能力CM
11、OS反相器的输出特性。CMOS反相器有输入阻抗高的特点。当带同类门负载时，有更人的扇出系数。一般可带50个同类的门电路。但是若带TTL门电路或电阻负载的能力很小,这是需要使用CMOS驱动器。5.CMOS反相器的功率损耗6.CMOS反相器的传输延迟特
