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MOS管及简单CMOS逻辑门电路原理图现代单片机主要是采用C MOS工艺制成的。
1、MOS管 MOS管又分为两种类型：N型和P型。
如下图所示：以N型管为例，2端为控制端，称为“栅极”；3端通常接地，称为“源极”；源极电压记作Vss，1端接正电压，称为“漏极”，漏极电压记作VDD。
要使1端与3端导通，栅极2上要加高电平。
对P型管，栅极、源极、漏极分别为5端、4端、6端。
要使4端与6端导通，栅极5要加低电平。
在CMOS工艺制成的逻辑器件或单片机中，N型管与P型管往往是成对出现的。
同时出现的这两个CMO S2、CMOS逻辑电平高速CMOS电路的电源电压VDD通常为+5V；Vss接地，是0V。
高电平视为逻辑“1”，电平值的范围为：VDD的65%～VDD（或者VDD-1.5V～VDD）低电平视作逻辑“0”，要求不超过V DD的35%或0～1.5V。
+1.5V～+3.5V应看作不确定电平。
在硬件设计中要避免出现不确定电平。
近年来，随着亚微米技术的发展，单片机的电源呈下降趋势。
低电源电压有助于降低功耗。
VDD为3.3V的CMO S器件已大量使用。
在便携式应用中，VDD为2.7V，甚至1.8V的单片机也已经出现。
将来电源电压还会继续下降，降到0.9V，但低于VDD的35%的电平视为逻辑“0”，高于VDD的65%的电平视为逻辑“1”的规律仍然是适用的。
3、非门非门（反向器）是最简单的门电路，由一对CMO S管组成。
其工作原理如下：A端为高电平时，P型管截止，N型管导通，输出端C的电平与Vss保持一致，输出低电平；A端为低电平时，P型管导通，N型管截止，输出端C的电平与VDD一致，输出高电平。
4、与非门与非门工作原理：①、A、B输入均为低电平时，1、2管导通，3、4管截止，C端电压与V DD 一致，输出高电平。
第3章逻辑门电路3.1 概述逻辑门电路:用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。
简称门电路.用逻辑1和0 分别来表示电子电路中的高、低电平的逻辑赋值方式，称为正逻辑,目前在数字技术中，大都采用正逻辑工作；若用低、高电平来表示，则称为负逻辑。
本课程采用正逻辑。
获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态.在数字集成电路的发展过程中，同时存在着两种类型器件的发展。
一种是由三极管组成的双极型集成电路,例如晶体管-晶体管逻辑电路（简称TTL电路）及射极耦合逻辑电路（简称ECL电路）.另一种是由MOS管组成的单极型集成电路，例如N-MOS逻辑电路和互补MOS(简称COMS）逻辑电路。
3。
2 分立元件门电路3。
3.1二极管的开关特性3.2.2三极管的开关特性NPN型三极管截止、放大、饱和3种工作状态的特点工作状态截止放大饱和条件i B＝0 0＜i B＜I BS i B＞I BS工作特点偏置情况发射结反偏集电结反偏u BE〈0，u BC〈0发射结正偏集电结反偏u BE>0，u BC〈0发射结正偏集电结正偏u BE〉0，u BC〉集电极电流i C＝0 i C＝βi B i C＝I CSce间电压u CE＝V CC u CE＝V CC－i C R cu CE＝U CES＝0.3Vce间等效电阻很大，相当开关断开可变很小，相当开关闭合3.2。
3二极管门电路1、二极管与门2、二极管或门u A u B u Y D1D20V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V0V4。
3V4。
3V4.3V截止截止截止导通导通截止导通导通3。
2.4三极管非门3。
2。
5组合逻辑门电路1、与非门电路2、或非门电路3.3 集成逻辑门电路一、TTL与非门1、电路结构(1）抗饱和三极管作用：使三极管工作在浅饱和状态。
因为三极管饱和越深，其工作速度越慢，为了提高工作速度，需要采用抗饱和三极管。
构成:在普通三极管的基极B和集电极C之间并接了一个肖特基二极管(简称SBD）。
教案MOS构成基本逻辑门电路一、教学目标1.理解MOS管的基本工作原理；2.掌握MOS管构成基本逻辑门电路的方法；3.能够设计和组装MOS管构成的基本逻辑门电路；4.掌握基本逻辑门电路的真值表和运算规律。
二、教学重点1.MOS管的基本工作原理；2.MOS管构成基本逻辑门电路的方法；3.基本逻辑门电路的真值表和运算规律。
三、教学难点1.MOS管的基本工作原理；2.基本逻辑门电路的真值表和运算规律的理解。
四、教学准备1.已学习过MOS管的基本知识；2.准备好教材、实验器材和实验电路板。
五、教学步骤1.复习MOS管的基本工作原理。
2.引导学生了解MOS管构成基本逻辑门电路的方法。
-构成与门电路：将N沟道MOS管的漏极连接到电源VDD，源极接地，输入信号经过电阻连接到栅极，输出信号从漏极输出。
-构成或门电路：将P沟道MOS管的漏极连接到电源VDD，源极接地，输入信号经过电阻连接到栅极，输出信号从漏极输出。
-构成非门电路：将N沟道MOS管的漏极连接到电源VDD，源极接地，输入信号经过电阻连接到栅极，输出信号从漏极输出。
-构成与非门电路：将P沟道MOS管的漏极连接到电源VDD，源极接地，输入信号经过电阻连接到栅极，输出信号从漏极输出。
3.演示MOS管构成基本逻辑门电路的过程。
-将N沟道MOS管和P沟道MOS管按照逻辑门的要求连接到电源和地，输入信号连接到栅极，输出信号从漏极输出。
4.学生自己动手制作MOS管构成的基本逻辑门电路。
5.分组进行实验。
-组员分别负责制作不同的基本逻辑门电路。
-测试各组制作的电路是否正常工作。
6.总结基本逻辑门电路的真值表和运算规律。
-给学生阐述并总结与门电路、或门电路、非门电路和与非门电路的真值表和运算规律。
七、教学效果反馈1.学生完成实验报告。
2.学生进行课堂讨论。
-学生分享自己制作基本逻辑门电路的经验和心得。
八、教学延伸1.完成扩展实验设计。
-学生自行设计并制作其他逻辑门电路。
连云港大港中等专业学校教案教案纸8.3组合逻辑门电路实用中常把与门、或门和非门组合起来使用。
8.3.1 几种常见的简单组合门电路一、与非门1．电路组成在与门后面接一个非门，就构成了与非门，如图8.3.1所示。
2．逻辑符号在与门输出端加上一个小圆圈，就构成了与非门的逻辑符号。
3．函数表达示式与非门的函数逻辑式为BAY⋅=(8.3.1)4．真值表表8.3.1给出了与非门的真值表。
5．逻辑功能与非门的逻辑功能为“全1出0，有0出1”。
表8.3.1 与非门真值表A B A B BA⋅0 0 1 1 0111111二、或非门1．电路组成在或门后面接一个非门就构成了或非门，如图8.3.2所示。
2．逻辑符号在或门输出端加一小圆圈就变成了或非门的逻辑符号。
3．逻辑函数式或非门逻辑函数式为BAY+=(8.3.2)4．真值表表8.3.2给出了或非门的真值表。
表8.3.2 或非门真值表A B A B BAY+=备注课题讲授检查完成任务情况巡视辅导图8.3.1 与非门图8.3.2 或非门0 0 1 1 01111115．逻辑功能或非门的逻辑功能为“全0出1，有1出0”。
三、与或非门1．电路组成把两个(或两个以上)与门的输出端接到一个或非门的各个输入端，就构成了与或非门。
与或非门的电路如图8.3.3(a)所示。
2．逻辑符号与或非门的逻辑符号如图8.3.3(b)所示。
3．逻辑函数式与或非门的逻辑函数式为CDABY+=(8.3.3)4．真值表表8.3.3给出了与或非门真值表。
表8.3.3 与或非门真值表A B C D Y0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 01111111111111111111111111111111115．逻辑功能与或非门的逻辑功能为：当输入端中任何一组全为1时，输出即为0；只有各组输入都至少有一个为0时，输出才为1。
图8.3.3 与或非门图8.3.4 异或门异或门的电路如图8.3.4(a)所示。
mos管逻辑门电路逻辑门是数字电子电路中的一种基本组件，常用于数字电路的逻辑分析和控制。
其中，mos管逻辑门电路是一种常见且重要的逻辑门电路。
本文将详细介绍mos管逻辑门电路的原理及应用。
1. 什么是mos管逻辑门电路？mos管逻辑门电路是由金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）构成的逻辑门电路。
通过不同组合的mos管，可以实现不同的逻辑操作，例如与门、或门、非门等。
mos管逻辑门电路具有高集成度、低功耗、快速响应等特点，广泛应用于数字电路领域。
2. mos管逻辑门电路的构成与原理mos管逻辑门电路主要由P型MOS管和N型MOS管组成。
当输入信号施加在mos管的栅极上时，栅极与源极之间的电压会控制mos管内部形成的电场，从而改变导通特性。
根据mos管导通与否的不同组合方式，可以实现各种逻辑门的功能。
mos管逻辑门电路广泛应用于数字电路中的逻辑操作。
通过将多个mos管逻辑门电路串联或并联，可以构建复杂的数字逻辑电路，实现数字系统的逻辑功能。
同时，mos管逻辑门电路还可以用于时序电路的设计、数据处理、微处理器等领域。
mos管逻辑门电路具有以下特点：（1）高集成度：mos管逻辑门电路性能稳定，体积小，便于集成化设计；（2）低功耗：由于mos管的导通特性和控制方式，mos管逻辑门电路功耗较低；（3）快速响应：mos管逻辑门电路响应速度快，能够满足高速数字系统的要求。
mos管逻辑门电路是一种常见且重要的逻辑门电路，在数字电路领域起着关键作用。
本文介绍了mos管逻辑门电路的构成与原理，以及其在逻辑操作、数字系统设计和高速数字系统等方面的应用。
通过了解mos管逻辑门电路的特点，我们可以更好地理解其在数字电路中的作用与价值，为相关领域的研究与应用提供参考。
不断研究和应用mos 管逻辑门电路将推动数字电路技术的发展，为电子信息领域的进一步创新打下坚实基础。
逻辑门电路完整教程第二章逻辑门电路引言通过上一章的学习，我们已经对数字电路及其分析方法、数制和码有了基本的概念。
并且学习了从与、或、非三种基本逻辑运算引出逻辑变量与逻辑函数的关系。
第一章中逻辑符号是以黑匣的方式来表示相应的逻辑门，这种黑匣法帮助我们建立初步的概念。
为了正确而有效地使用集成逻辑门电路，还必须对组件内部电路特别是对它的外部特性有所了解。
本章将揭开黑匣的奥秘，讲述几种通用的集成逻辑门电路，如BJT-BJT逻辑门电路（TTL）、射极耦合逻辑门电路（ECL）和金属-氧化物-半导体互补对称逻辑门电路（CMOS）。
在学习上述各种电路的逻辑功能和特性前首先必须熟悉开关器件的开关特性，这是门电路的工作基础。
但在分析门电路时，将着重它们的逻辑功能和外特性，对其内部电路，只作一般介绍。
第一节二极管的开关特性一般而言，开关器件具有两种工作状态：第一种状态被称为接通，此时器件的阻抗很小，相当于短路；第二种状态是断开，此时器件的阻抗很大，相当于开路。
在数字系统中，晶体管基本上工作于开关状态。
对开关特性的研究，就是具体分析晶体管在导通和截止之间的转换问题。
晶体管的开关速度可以很快，可达每秒百万次数量级，即开关转换在微秒甚至纳秒级的时间内完成。
二极管的开关特性表现在正向导通与反向截止这样两种不同状态之间的转换过程。
二极管从反向截止到正向导通与从正向导通到反向截止相比所需的时间很短，一般可以忽略不计，因此下面着重讨论二极管从正向导通到反向截止的转换过程。
一、二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程在上图所示的硅二极管电路中加入一个如下图所示的输入电压。
在0―t1时间内，输入为+V F，二极管导通，电路中有电流流通。
设V D为二极管正向压降（硅管为0.7V左右），当V F远大于V D时，V D可略去不计，则在t1时，V1突然从+V F变为-V R。
在理想情况下，二极管将立刻转为截止，电路中应只有很小的反向电流。
但实际情况是，二极管并不立刻截止，而是先由正向的I F变到一个很大的反向电流I R=V R／R L，这个电流维持一段时间t S后才开始逐渐下降，再经过t t后，下降到一个很小的数值0.1I R，这时二极管才进人反向截止状态，如下图所示。
数字电路之MOS设计数字电路之MOS设计1、MOS的基本性质MOS，即场效应管，四端器件，S、D、G、B四个端⼝可以实现开和关的逻辑状态，进⽽实现基本的逻辑门。
NMOS和PMOS具有明显的对偶特性：NMOS⾼电平打开（默认为增强型，使⽤的是硅栅⾃对准⼯艺，耗尽型器件这⾥不涉及），PMOS低电平打开。
在忽略⽅向的情况下，采⽤共S极接法，有如下特性：第⼀张图是Vds随Vgs变化的情况，⽤于描述开关特性。
后⾯的逻辑分析⼀般基于这个原理。
第⼆张图是Ids随Vds变化的情况的简图，⽤于描述MOS的静态特性。
MOS的静态特性由两个区域决定：线性区和饱和区。
前者⼀般是动态功耗的主要原因，后者是静态电压摆幅的决定因素。
线性区有：Id=µCoxW/L[(Vgs-Vth)Vds-1/2Vds^2]饱和区有：Id=1/2µCoxW/L(Vgs-Vth)^2后⾯的MOS器件⼀般基于这两个区域的电学特性来分析总体的电学特性。
电压摆幅、⾯积、噪声容限、功耗、延时基本上都是源⾃这个区域的原理。
2、CMOS电路及其改进（1）最基本的CMOS电路--反相器这⾥是反相器的版图草图及电路草图，⽤于描述反相器的版图位置和逻辑关系。
反相器的功能很简单，就是将Vout输出为Vin的反向。
从功耗上看：PMOS和NMOS静态不存在同时导通，即⽆静态功耗。
由于NMOS和PMOS关断的延时，存在动态功耗。
从电压摆幅上看：NMOS可以将Vout拉到L0（逻辑0），PMOS可以将Vout拉到L1，可以保证全电压摆幅。
从⾯积上看：PMOS和NMOS各⼀个，标准的CMOS⾯积，其他电路的⾯积以其为参考。
从噪声容限上看：CMOS的标准噪声容限，以其为参考对⽐其他电路。
从延时看：取决于MOS管的⼯艺，也是其他电路延时的参考。
⼩知识：噪声容限的定义图中g代表斜率，两个噪声容限在对称情况下⼀般相等，有些特殊的设计需要不对称的噪声容限。
可以看到，噪声容限越⼤，反相器变化越快，响应速度越快。
mos与门电路摘要：1.介绍与门电路的基本概念和功能2.讲解与门电路的工作原理3.介绍与门电路的符号表示和逻辑表达式4.讨论与门电路的应用实例5.总结与门电路的重要性和作用正文：一、与门电路的基本概念和功能与门电路（AND gate circuit）是一种基本的逻辑门电路，它的主要功能是实现逻辑“与”运算。
当输入端的所有信号都为高电平时（通常用1 表示），输出端才会输出高电平；否则，输出端输出低电平（通常用0 表示）。
与门电路广泛应用于各种数字电路和计算机系统中，是构建复杂逻辑电路的基本组件。
二、与门电路的工作原理与门电路的工作原理非常简单，它通过输入端的信号控制输出端的电平。
假设与门电路有两个输入端A 和B，当A 和B 同时为高电平时，输出端才为高电平；当A 或B 为低电平时，输出端为低电平。
与门电路可以用晶体管、电阻、电容等元器件构成，其中最简单的与门电路是用两个电阻和一个电源构成的。
三、与门电路的符号表示和逻辑表达式与门电路的符号表示非常直观，它是一个圆圈，圆圈内有一个竖线和一个横线相交，表示“与”的意思。
与门电路的逻辑表达式为：Y = A·B，其中Y 表示输出端的信号，A 和B 表示输入端的信号。
四、与门电路的应用实例与门电路在实际应用中有很多实例，例如在计算机系统中，与门电路可以用来判断某个信号是否满足某个条件；在数字电路中，与门电路可以用来实现逻辑运算等。
下面举一个简单的例子，假设有一个简单的数字电路，当输入端A 和B 同时为高电平时，输出端才会输出高电平，可以用与门电路来实现这个功能。
五、总结与门电路是数字电路和计算机系统中的基本组件，它的功能是实现逻辑“与”运算。
与门电路的工作原理简单，可以用符号表示和逻辑表达式来描述，应用广泛。
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<U th(N)，T N截止、T P导通，u O=V DD、
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<v I<(V DD+0.7)V，输入电流i I≈0。
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。
