第2讲 2.3 CMOS门

1.0
VOL（max）0.5
输入标 准低电
平
0.4V
VNL
D VNH
E
V V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
SL VOFF VON
SH
Vi (V)
输入标准
高电平
2. 输入特性
+VCC
1) 输入伏安特性
iI
R1 3kΩ
1
-1.6 mA
<50 uA vI A
31
B
T1
1.4 V
和边沿，T4放大。 VO随iOH变化不大。 当由i于Oi以OHH受↑：线时功性,R耗变4上的化压限。降制增，大i0，H过T大3 、会T4烧饱毁和T，4管V，O随所
功耗 1mW IOH 400 A
输出高电平时的扇出系数 3.6V
R2 750Ω 2T3 Vc2 1 3 R4
VO
+VCC
R 4 +5V 100Ω
抗干扰能力越强。 高电平噪声容限
VNH= VSH ¯ VON 。
VNH越大，输入为1态下
抗干扰能力越强。
Vo (V)
4.0 A B
3.5
3.0
VOH（min）2.5 2.4V
C
2.0
1.5
A(0V, 3. 6V) B(0.6V, 3.6V) C(1.3V, 2.48V) D(1.4V, 0.3V) E(3.6V, 0.3V)
• 导通(VD>VTH) • 2、二极管的开关时间
截止5V(VDR<VT+H)
0V
D VD
uo
_
VF Vi
二极管开关状态的转换需要时间：
t1 t2

两P增强型并联,两N增强型串联.-----与非门两P增强型串联,两N增强型并联------或非门PMOS门：低电平导通，高电平截止。

NMOS门：低电平截止，高电平导通。

带缓冲级的COMS门电路其输出电阻、输出高低电平均不受输入端状态的影响，电压传输特性更陡。

使用OD门时，一定要将输出端通过电阻接到电源上。

OD门的特点:1、通过改变V DD2的值,来改变输出高电平V OH的大小;2、OD门的输出管设计尺寸较大，故可以直接驱动小型继电器。

OD门的应用1、实现与或非逻辑Y=(AB)′·(CD)′=(AB+CD)′2、可以作为电平转换电路。

一般CMOS与非门的电平0 ~12V，而TTL门为0 ~ 3.6V。

若需要将CMOS的逻辑电平变为TTL的逻辑电平，只要将负载电阻接到5V电源即可。

3、实现数据采集。

V DD1R LAB Y图3.3.26 OD门工作电路OD门的逻辑符号1、 C=0，C ˊ=1输出V O =0.输入输出之间高阻态，传输门截至。

2、 C=1，C ˊ=0输出V O =V I 。

输入输出之间低阻态，传输门导通。

特点：1、 其输出端和输入端也可以互换使用2、 利用CMOS 传输门可以组成双向模拟开关，用来传输连续变化的模拟电压信号CMOS 双向模拟开关电路是由CMOS 传输门和反相器组成，其工作原理为：当C ＝1,开关闭合，Vo ＝ V I ；当C ＝0 ,开关断开，Vo ＝0，输出高阻态。

CMOS 双向模拟开关：当C ＝1时，开关接通，输出电压为当C=0时，开关截止，V O =0.为得到尽量大且稳定的典雅传输系数，应使R L >>R TG三态输出的CMOS 逻辑门输出状态有三态：高电平，低电平，高阻态。

EN ˊ=0时，Y=A ˊ ITG ILTG L o vK v R R R v =+=ENˊ=1时，Y=Z（高阻态）ENˊ为使能端（控制端），为低电平有效。

另一种三态门：（注意简化图）当EN＝1时，T'2导通，Y ＝A；当EN＝0时，T'2、T1截止，输出为Y ＝Z（高阻态）。

D off， 假设正确 ID 0 11V 1.5V I1 I 2 2 .5 V （4 1）K
7
§2.2 半导体三极管的开关特性 一. 双极型三极管的结构 IC
IB
VBC – + + + VCE VBE – – IE
NPN Si管
8
二. 特性
1.电流：IE =IB +IC 2.工作状态： 工作状态分类 导通 截止
IC1
T2 • IE2 • Y ° T5
R3
•
IR3
IB5
N—表示N个发射极。
41
●T1的状态：
∵VB1=VBC1+VBE2+VBE5=2.1V ∴T1处于倒置状态。 I C1 I B1 N反 I B1
I B1 VCC VB1 R1
0.73mA
● T2、 T5的状态：
T2、 T5饱和VO=0.3V
45
二.TTL与非门 • R1 4K • Vcc =5V
°
R2 1.6K
•
R4 130
T4
A
B
T1
T2
• R3 1K • 倒相级
D3
• T5 Y °
输入级
输出级
46
三.负载能力分析 负载——指门电路输出端所接的其它 电路。 NO——扇出系数，表示能够驱动同类门的数目。 灌电流负载——负载电流从后级门注入前级门 负载
14
5）饱和条件及特点 条件：IB >IBS IB — 进入饱和以后的基流。 IBS—临界饱和基流。 求IB 、 IBS的步骤： Vi VBE a）I B Rb
b）I CS c）I BS VCC VCES VCC RC RC I CS

当外加电压突然由正向变为反向时，存储电荷反向电场 的作用下，形成较大的反向电流。经过ts后，存储电荷显著 减少，反向电流迅速衰减并趋于稳态时的反向饱和电流。
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反向恢复时间即存储电荷消失所需要的时间，它远大于正向导通所需要的 时间。这就是说，二极管的开通时间是很短的，它对开关速度的影响很小， 以致可以忽略不计。
iI (mA)
-0.7 0 VDD + 0.7 vI (V)
在–0.7V ～ (VDD+0.7)V以外的 区域， iI从零开始增大，并随 vI增加急剧上升，原因是保护 电路中的二极管已进入导通状 态。
注意：由于门电路输入端的 绝缘层使输入的阻抗极高， 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。
D
+ +－
+
ui=5V 0.7V RL uo
－
－
ui=5V 时的等效电路
ui＝5V时，二极管导通，如同0.7V的电压源， uo＝4.3V。
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当外加电压由反向突然变 为正向时，要等到PN结内部 建立起足够的电荷梯度后才开 始有扩散电流形成，因而正向 电流的建立稍微滞后一点。
反向恢复时间 （几纳秒内）
VDD
导通
TP v
O
TN
vo=“１”
截止
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vI=1
VDD
截止
T1
vI
v
O
vo=“０”
T2
导通
静态下，无论vI是高电平还是低电平，T1、T2总有 一个截止，因此CMOS反相器的静态功耗极小。
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二、电压传输特性和电流传输特性