数字电路 第二章—第四节（CMOS集成电路）

一、CMOS反相器

1、电路组成及其工作原理

（1）是P沟道增强型MOS管，假定其开启电压为，是N沟道增强型MOS管，假定其开启电压为，两者按照互补对称形式连接起来便构成了CMOS反相器，它们的栅极连接起来作为信号输入端，漏极连接起来作为信号输出端，的源极接地，的源极接电源。

（2）工作原理：

（3）输入端保护电路：

①MOS管的输入电阻很高，但是输入电容却很小，而栅极与沟道之间的二氧化硅绝缘层的耐压大约在80~100V，即使很小的感应电河源也可以使电荷迅速地积累起来而形成高压，产生介质击穿，从而使电路遭到永久性损坏，所以实际生产的CMOS反相器在输入端都设置有二极管保护网络、

②上面的结构图中的蓝色部分就是CMOS反相器的保护网络，由、、和组成，三个二极管的正向导通压降，反向击穿电压在30V左右，，、是栅极等效输入电容。

③在正常工作时，由于只在0V和之间变化，保护二极管均处在截止状态，所以不影响电路功能。当输入端电压高于或低于时，相应保护二极管就会导通，从而把、的栅极电位限制在，以防止介质被击穿的现象出现。（换句话说，二极管导通时限制了电容两端电压的增加）

④电阻与、组成的积分网络可衰减干扰电压，提高电路工作的可靠性，但是积分电路对输入信号也会产生延时作用，影响反相器的工作速度，所以不能太大。

2、静态特性

（1）传输特性：

①CD段：、均导通，流过两管的漏极电流达到最大值。

②AB、EF段：、总有一个为截止状态，所以流过两管的漏极电流几乎为零。

（2）输入噪声容限：（指为规定值时，允许波动的最大范围）

①：输入为低电平时的噪声容限。

②：输入为高电平时的噪声容限。

二、CMOS与非门、或非门、与门和或门

1、CMOS与非门

2、CMOS或非门

3、CMOS与门和CMOS或门

（1）CMOS与门由CMOS与非门和CMOS非门组合而成。

（2）CMOS或门由CMOS或非门和CMOS非门组合而成。

4、带缓冲的CMOS与非门和或非门

（1）基本电路的主要缺点：

①电路的输出特性不对称。（当输入状态不同时，输出等效电阻不同）

②电压传输特性发生偏移，导致噪声容限下降。

（2）带缓冲的门电路：在原电路的输入端和输出端加反相器。

三、CMOS与或门和异或门

1、CMOS与或门

        由CMOS基本电路（与非门和反相器）组成。

2、CMOS异或门

        由CMOS基本电路（与非门）组成。

四、CMOS传输门、三态门和漏极开路门

1、CMOS传输门（TG门）

（1）电路组成及符号：

（2）工作原理：

2、CMOS三态门

（1）电路组成（以控制端低电平有效为例）及符号：

（2）工作原理（以控制端低电平有效为例）：

3、CMOS漏极开路门（OD门）

（1）电路组成及符号：

（2）主要特点：

①输出MOS管的漏极是开路的，工作时必须外接电源和电阻才能工作，实现

②可以实现线与功能，即可以把几个OD门的输出端用导线连接起来实现线与运算（只要有一个输出端为低电平，总的输出Y就只能是低电平，相当于几个输出端通过一个与门连接总输出端Y）。

③可以实现逻辑电平变换。（输出高电平模拟电压值随的不同而改变）

④带负载能力强。

五、CMOS电路使用中应注意的几个问题

1、CMOS集成电路的主要特点

（1）功耗极低。

（2）电源电压范围宽。

（3）抗干扰能力强。

（4）逻辑摆幅大。

（5）输入电阻极高。

（6）扇出能力强。（人们常把能带同类门电路的个数称为扇出系数，其大小反映了门电路的带负载能力）

（7）集成度可以很高，温度稳定性好。

（8）抗辐射能力强。

（9）成本低。

2、CMOS电路使用中的注意事项

（1）注意输入端的静电防护。

（2）注意输入电路的过流保护。

（3）注意电源电压极性不要接反，电路输出端不能和电源短接，也不能和地短接。

（4）多余的输入端不应悬空，与门、与非门的多余输入端可以接电源或与其它输入端并联，或门、或非门的多余输入端可以接地或与其它输入端并联。

（5）输入端外接电阻的大小不会引起输入电平的变化（因为输入电阻极高，外接电阻基本上没有压降）。