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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）。
3逻辑门电路3.1 MOS逻辑门电路3.2TTL逻辑门电路*3.3射极耦合逻辑门电路*3.4砷化镓逻辑门电路3.5逻辑描述中的几个问题3.6逻辑门电路使用中的几个实际问题* 3.7用VerilogHDL描述逻辑门电路3.逻辑门电路教学基本要求：1.了解半导体器件的开关特性。
2.熟练掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、三态门、OD门（OC门）和传输门的逻辑功能。
3.学会门电路逻辑功能分析方法。
4.掌握逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。
3.1 MOS逻辑门3.1.1数字集成电路简介3.1.2逻辑门的一般特性3.1.3MOS开关及其等效电路3.1.4CMOS反相器3.1.5CMOS逻辑门电路3.1.6CMOS漏极开路门和三态输出门电路3.1.7CMOS传输门3.1.8CMOS逻辑门电路的技术参数1 . 逻辑门:实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。
2. 逻辑门电路的分类二极管门电路三极管门电路 TTL 门电路MOS 门电路 PMOS 门 CMOS 门逻辑门电路分立门电路集成门电路NMOS 门 3.1.1 数字集成电路简介1.CMOS 集成电路:广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路4000系列 74HC 74HCT 74VHC 74VHCT 速度慢与TTL 不兼容 抗干扰 功耗低74LVC 74VAUC 速度加快 与TTL 兼容 负载能力强 抗干扰 功耗低速度两倍于74HC 与TTL 兼容 负载能力强 抗干扰 功耗低低(超低)电压 速度更加快 与TTL 兼容 负载能力强 抗干扰功耗低74系列74LS 系列74AS 系列74ALS2.TTL 集成电路:广泛应用于中、大规模集成电路3.1.1 数字集成电路简介3.1.2 逻辑门电路的一般特性1. 输入和输出的高、低电平v O v I 驱动门 G 1负载门 G 2 11 输出高电平的下限值 V OH(min)输入低电平的上限值V IL(max)输入高电平的下限值V IL(min) 输出低电平的上限值 V OH(max)输出高电平+ V D D V O H ( m in )V O L ( m ax )G 1 门 v O 范围v O输出低电平输入 高电平 V I H ( m in ) V I L ( m ax )+ V D D 0 G 2 门 v I范围 输入低电平v IV NH —当前级门输出高电平的最小值时允许负向噪声电压的最大值。
半导体物理mos结构课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解半导体的基本性质，掌握半导体材料的分类及特点。
2. 学习MOS（金属-氧化物-半导体）结构的原理，了解其工作方式和应用领域。
3. 掌握MOS电容的特性，了解其在集成电路中的作用。
技能目标：1. 能够运用所学知识分析半导体器件的基本原理。
2. 学会使用相关软件或仪器进行MOS结构的模拟和测试，提高实践操作能力。
3. 能够运用所学知识解决实际问题，培养创新思维和团队合作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对半导体物理的兴趣，激发学生探索科学的精神。
2. 增强学生的环保意识，认识到半导体技术在可持续发展中的重要性。
3. 培养学生的团队协作精神，提高沟通与表达能力。
课程性质：本课程为高二年级物理选修课程，以理论教学和实践操作相结合的方式进行。
学生特点：高二学生已具备一定的物理知识基础，具有较强的逻辑思维能力和动手操作能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和解决问题的能力。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 半导体物理基础：包括半导体的基本性质、能带理论、杂质和缺陷等概念，重点讲解半导体材料的分类及特点。
教材章节：第一章《半导体物理基础》2. MOS结构原理：介绍MOS结构的组成、工作原理及其在集成电路中的应用。
教材章节：第三章《金属-氧化物-半导体（MOS）结构》3. MOS电容特性：分析MOS电容的C-V特性、阈值电压等参数，探讨其在集成电路中的作用。
教材章节：第三章《金属-氧化物-半导体（MOS）结构》4. 实践操作：利用相关软件或仪器进行MOS结构的模拟和测试，观察MOS 电容的特性，培养学生动手能力和实践操作技能。
教学安排与进度：1. 第一周：半导体物理基础（2课时）2. 第二周：MOS结构原理（2课时）3. 第三周：MOS电容特性（2课时）4. 第四周：实践操作（2课时）教学内容确保科学性和系统性，注重理论与实践相结合，通过以上教学安排，使学生全面掌握半导体物理及MOS结构的相关知识。
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。
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
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 thN,T N截止、T P导通,u O=V DD、i D0,功耗极小;
BC段：u I>U thN,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 Dmax;
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+0.7V,输入电流i I≈0;
在–0.7V~V DD+0.7V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;。
