三态输出的cmos反相器.ppt

第二节 CMOS门电路
CMOS反相器的工作原理
CMOS反相器的静态输入、输出特性
CMOS反相器的动态特性
其他类型的CMOS门电路
MOS管的开关特性
CMOS电路的正确使用
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总目录
推出
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一、MOS管的开关特性
1. MOS管的结构和工作原理
S
G
D
B
P型衬底(B)
N+
N+
S
G
D
+
-
+
-
iD
当vGS= 0 时,D-S间不导通, iD= 0 。
当vGS> vGS(th) (MOS管的开启电压)时,栅极下面的衬底表面形成一个N型反型层。这个反型层构成了D-S间的导电沟道,有 iD流通。
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2. MOS管的输入特性和输出特性
+
-
+
-
vGS
vDS
iD
共源接法
vGS=UT
iD/mA
vDS/V
O
输出特性曲线
共源接法下的输出特性曲线又称为MOS管的漏极特性曲线。
表示iD与vGS关系的曲线称为MOS管的转移特性曲线。
vGS/V
iD/mA
O
转移特性曲线
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可变
电阻区
恒流区
vGS=UT
iD/mA
vDS/V
O
输出特性曲线
截止区
截止区
漏极和源极之间没有导电沟道,iD≈0。
漏极特性曲线分为三个工作区。
可变电阻区
当vGS一定时,iD与vDS之比近似等于一个常数,具有类似于线性电阻的性质。
恒流区
iD的大小基本上由vGS决定,vDS的变化对iD的影响很小。
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3. MOS管的基本开关电路
若参数选择合理
输入低电平时MOS管截止,输出高电平。
输入高电平时MOS管导通,输出低电平。
+
-
+
-
vI
vO
iD
VDD
RD
当vI =vGS <vGS(th) 时, VOH ≈VDD ,
D-S间相当于一个断开的开关。
当vI >vGS(th) 并继续升高, VOL ≈0,
D-S间相当于一个闭合的开关。
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CI
G
D
S
截止状态
4. MOS管的开关等效电路
CI代表栅极的输入电容, CI的数值约为几皮法。
RON为MOS管导通状态下的内阻,约在1kΩ以内。
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CI
G
D
S
RON
导通状态
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二、CMOS反相器的电路结构和工作原理
CMOS反相器的电路图
当vI = VIL= 0时,
输出为高电平VOH ≈ VDD 。
当vI = VIH= VDD 时,
输出为低电平VOL ≈ 0。
输入与输出之间为逻辑非的关系。
CMOS反相器的静态功耗极小
1. 电路结构
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T2的开启电压
T1的开启电压
阈值电压VTH
AB段:
T1导通, T2截止,
VO = VOH ≈ VDD。
CD段:
T2导通, T1截止,
VO = VOL ≈ 0。
BC段:
T1 、T2同时导通,
为转折区。
2. 电压传输特性
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VDD
VDD
O
vI
vO
VGH(th)N
VGH(th)P
A
B
C
D
CMOS反相器的电压传输特性
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3. 电流传输特性
AB段:T2截止
漏极电流几乎为0
CD段:T1截止
漏极电流几乎为0
BC段:
阈值电压附近
电流很大
CMOS电路不应长时间工作在BC段。
C
B
A
D
O
9
0
I
vO
VDD=10V
VDD=15V
适当提高VDD,可提高CMOS反相器的输入噪声容限。
4. 输入噪声容限
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