数字电路逻辑设计 第3章2 mos管

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1、MOS型电路是另一种常用电路，MOS意为金属—氧化物半导体（Metal-OxideSemiconductor）（一）、MOS晶体管晶体三极管有：E发射极B基极C集电极机理是：基极电流IB控制集电极电流IC。结构有：NPNPNPMOS三极管有：S源极G栅极D漏极机理是：栅极电压VGS控制漏极电流ID结构有：N沟道P沟道3.4MOS逻辑门GDSMOS管除分N沟道、P沟道外，还分增强型和耗尽型。增强型栅压VGS为0无沟道，耗尽型栅压VGS为0有沟道。1、MOS管的基本结构以N沟道增强型为例源、漏极结构对称，可以互换使用P衬P型衬底，N型沟道DGS2、N沟道增强型MOS管的工作特点：DGS栅极

2、电压VGS小于开启电压VGS（th）时，无沟道形成，漏极电流ID为0。VDS爱多大多大！（截止区）栅极电压VGS大于等于开启电压VGS（th）时，沟道形成，有ID形成，分两种情况：a、VDS较大，大于VGS—VGS（th），ID随VGS的增加而增加。但很快VDS已使ID饱和，没什么影响了。（饱和区）b、VDS较小，小于VGS—VGS（th），ID随VGS的增加也增加，但与VDS的大小密切相关。或者也可以这样说：对某一VGS，ID随VDS线性增加，且VGS越大，斜率越大，等效电阻越小。（非饱和区or可调电阻区）3、转移特性和跨导gmVGS和IDS的关系通常用跨导表示：IDSgm=————

3、VGSVDS=常数它代表VGS对IDS的控制能力。gm与沟道宽度和长度有关。沟道宽度越宽、长度越短，gm越大，控制能力越强。4、MOS管的输入电阻和输入电容MOS管的输入阻抗指栅极到源极（或漏极）的电阻，由于有SiO2绝缘层的阻隔，电阻极大，通常在1012欧姆以上。作为静态负载对前级几乎没有什么影响。MOS管的栅极、源极之间有很小的寄生电容，称为输入电容，虽然很小（几P或更小），但由于输入阻抗极高，漏电流很小，所以可用来暂时存储信息（如动态RAM）。5、直流导通电阻RON直流导通电阻是指MOS管导通时，漏源电压和漏源电流的比值：RON=VDS/IDS（二）、MOS反相器MOS反相器有四种形

4、式，我们只讲E/E型、CMOS反相器。E/EMOS反相器有两个增强型MOS管组成，一个作为输入管，一个作为负载管，两个管子的特性（如跨导）完全不同。由N沟道管构成的反相器叫NMOS反相器。见图：VVVTo2Ti1DD1、E/EMOS管反相器结构：当输入A=0V时：T1截止，T2导通。T1只有nA级漏电流。工作在负载线A点。AB输出电压:F=VDD-Vth2=5–2=3V设：Vth2=2VVGS1Vth1T1导通:工作在负载线B点。输出电压:由此可知：rd2»rd1就能很好实现倒相器逻辑功能。Vth1＝1.5V2、E/EMOS管反相器工作原理：负载管特性

5、FA+VDDT2T1①与非门T3:负载管T1，T2两个串连驱动管当A,B中有一个低电平时，相应的驱动管截止，输出F为高电平。当A,B全为高电平时，T1，T2均导通，输出F为低电平。ABT1T2F00止止101止导110导止111导导0电路组成：工作原理：3.NMOS逻辑门N:0止1导通FAT2T1T3BT3:负载管T1、T2两个并连驱作动管当A，B中只要有一个高电平时，T1，T2总有一个导通，输出F为低电平。只有A,B全为低电平，T1,T2均截止，输出F才是高电平。输出和输入的逻辑关系是：ABT1T2F00止止101止导010导止011导导0同理：是与或非门电路组成：②或非门工作原理：FT

6、2T1T3AB-VDDFT5T1AT3C-VDDT2BT4DE/EMOS反相器的特点：单一电源，结构简单。负载管TL始终饱和，速度慢，功耗大。高电平不为VDD，有所损失。输出高低电平，取决于两管跨导之比。负载管跨导小，电阻大，影响工作速度。NMOS,PMOS电路存在三个问题：★负载管一直导通，当驱动管导通时，电源与地之间有静态电流，所以功耗大。★要保证输出低电平，要求rd2»rd1不利于大规模集成。★当驱动管截止时，由于负载管导通电阻rd2很大，对容性负载充电时间很长，使电路工作速度缓慢。CMOS集成电路由P沟道和N沟道增强型MOS管串连组成，CMOS电路能有效解决上述问题。二、CMOS逻

7、辑电路。TPTNVDDVIVO☞电路结构：PMOS作负载管，开启电压为负－Vth。NMOS作输入管，开启电压为正Vth。两个栅极G并联作输入端。G两个漏极D串连作输出端。DD两个衬底都和源极S接在一起，PMOS管源极接电源VDD，NMOS管源极接地。☞正常工作条件：电源电压大于两管开启电压绝对值之和。VDD>

8、VthP

9、+VthN1、CMOS倒相器SS☞工作原理假设：PMOS管VthP＝－2.5VNMOS管VthN=2V