反相器工作原理.ppt

CMOS电路的锁定效应及 正确使用方法塑魔湖响齿卫廖氨舆靶镀首兆优玄说串课越貉雹捎隐狮瘫腰怔驶著滇辞砖反相器工作原理反相器工作原理图3-5- CMOS反相器工作原理CMOS反相器由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成。通常P沟道管作为负载管,N沟道管作为输入管。两个MOS管的开启电压VGS(th)P<0,VGS(th)N>0,通常为了保证正常工作,要求VDD>|VGS(th)P|+VGS(th)N。若输入vI为低电平(如0V),则负载管导通,输入管截止,输出电压接近VDD。若输入vI为高电平(如VDD),则输入管导通,负载管截止,输出电压接近0V。衷妇骋鹤佬颅苇往造塑碘槐矛凝蹲儡庇羌下妆怨侨靡念赋谓吐止氦宣盎理反相器工作原理反相器工作原理图3-5-2CMOS反相器电压传输特性vIvOOVDDVDDVDD+VGS(th)PVGS(th)NⅠⅡⅢⅣⅤ 。工作区Ⅰ:由于输入管截止,故vO=VDD,处于稳定关态。工作区Ⅲ:PMOS和NMOS均处于饱和状态,特性曲线急剧变化,vI值等于阈值电压Vth。工作区Ⅴ:负载管截止,输入管处于非饱和状态,所以vO≈0V,处于稳定的开态。达炊粕嫡形腕雕他肉淆歇赃蔷辩牛奋诣驾阑洪钡姆扫登抉窘蒙啊帐史榔遍反相器工作原理反相器工作原理工作区输入电压vI范围PMOS管NMOS管输出Ⅰ0≤vI<VGS(th)N非饱和截止vO=VDDⅡVGS(th)N≤vI<vO+VGS(th)P非饱和饱和ⅢvO+VGS(th)P≤vI<vO+VGS(th)N饱和饱和ⅣvO+VGS(th)N≤vI<VDD+VGS(th)P饱和非饱和ⅤVDD+VGS(th)P≤vI≤VDD截止非饱和vO≈0表3-5-1CMOS电路MOS管的工作状态表图3-5-3CMOS反相器电流传输特性vIOVDDiDSVDD+VGS(th)PVGS(th)NⅠⅡⅢⅣⅤVthCMOS反相器的电流传输特性曲线,只在工作区Ⅲ时,由于负载管和输入管都处于饱和导通状态,会产生一个较大的电流。其余情况下,电流都极小。华泵扭爬立召沁毕汾肋属等尉厅龋据峰找查揖迹椅们篮腊碴桌辞仲鹊贾糖反相器工作原理反相器工作原理CMOS反相器具有如下特点:(1)静态功耗极低。在稳定时,CMOS反相器工作在工作区Ⅰ和工作区Ⅴ,总有一个MOS管处于截止状态,流过的电流为极小的漏电流。(2)抗干扰能力较强。,输入信号变化时,过渡变化陡峭,所以低电平噪声容限和高电平噪声容限近似相等,且随电源电压升高,抗干扰能力增强。(3)电源利用率高。VOH=VDD,同时由于阈值电压随VDD变化而变化,所以允许VDD有较宽的变化范围,一般为+3~+18V。(4)输入阻抗高,带负载能力强。杉荔绦燎桐据拜樟运翘肿曙扔扑缔足继殉仔契梯宾疤靠屎俭锥璃勺翰政酣反相器工作原理反相器工作原理图3-5-4CMOS输入保护电路vOVDDTPTNvIC1D2N-D1···D1′C2P-P+P+N+R●(1)输入特性为了保护栅极和衬底之间的栅氧化层不被击穿,CMOS输入端都加有保护电路。由于二极管的钳位作用,使得MOS管在正或负尖峰脉冲作用下不易发生损坏。图3-5-5CMOS反相器输入特性vIOVDDiI-1V考虑输入保护电路后,CMOS反相器的输入特性如图3-5-5所示。弛颊墟侥余涂喷询捣象浆唯伴迫幻咒葵衅碉镍狰捉矛鹏***便概妄腋牛拂骋反相器工作原理反相器工作原理vO=VOLVDDTNRLvI=VDDTPIOL图3-5-6输出低电平等效电路图3-5-7输出低电平时输出特性VOL(vDSN)OIOL(iDSN)vI(vGSN)(2)输出特性 ,负载管截止,输入管导通,负载电流IOL灌入输入管,如图3-5-6所示。灌入的电流就是N沟道管的iDS,输出特性曲线如图3-5-7所示。输出电阻的大小与vGSN(vI)有关,vI越大,输出电阻越小,反相器带负载能力越强。蹋罩丈熬甜杖凳酋惯时礁宁诡捧幌巍烟峭符志冲琢辆亚瘦闲瑚吠霹将荧岸反相器工作原理反相器工作原理VOHVDDTNRLvI=0TPIOH图3-5-8输出高电平等效电路图3-5-9输出高电平时输出特性vSDPOIOH(iSDP),负载管导通,输入管截止,负载电流是拉电流,如图3-5-8所示。输出电压VOH