数字电子技术基础（四）：门电路（CMOS）必看

最新推荐文章于 2025-04-28 14:24:48 发布

QNee

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分类专栏：数字电子技术基础

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本文深入探讨CMOS电路及其核心元件MOS管的工作原理，包括N沟道和P沟道MOS管的特性，以及如何构成反相器、与非/或非门、传输门等基本逻辑单元。同时，介绍了CMOS技术在数字逻辑和模拟电路设计中的应用。

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CMOS

CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor（互补金属氧化物半导体）的缩写。

首先说说CMOS是什么？

网络论坛上已经吵翻天了
大家如果稍微有点时间的话，可以看看，很有趣。
通常所说的CMOS是什么意思？

很多人直接认为CMOS就是MOS对管，也有人认为CMOS是一种半导体技术，不是指具体的MOS对管。

先看看百度百科对CMOS的解释
在这里插入图片描述
好吧，模棱两可，中庸之道。

我们再看看维基百科
在这里插入图片描述

is a fabrication process ，是一种设计工艺）

好吧，也是技术（工艺），我认为都可以，完全看自己怎么理解了。

CMOS 技术被使用在微处理器，微控制器，SRAM，和其他数字逻辑电路。CMOS 技术也在几个模拟电路也使用了，例如作为图像传感器（CMOS 传感器），现在很多图像传感器都是基于CMOS。

在CMOS电路中，以及集成电路中，MOS管都是很重要的元件，是构成电路的基本元件。

而CMOS电路中的基本单元是MOS对管，就是使用P沟道和N沟道MOS对接的一种电路。
具体电路如下（这也是CMOS反相器的电路）
在这里插入图片描述

MOS管

MOS管分为：N沟道增强型、P沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道耗尽型。
在这里插入图片描述

g：栅极
d：漏极
s：源极

上图是N沟道增强型MOS管，工作原理如下：
1、当栅极和源极两端不加电压，Vgs = 0，漏极和源极之间只是两只背向的PN结，不存在导电沟道，因此即使漏极和源极两端之间加电压，Vds != 0，也不会有漏极电流。
2、当Vds = 0，且Vgs > 0时，由于绝缘层存在，栅极电流为0。但是栅极金属层将聚集正电荷，他们排斥P型衬底靠近绝缘层一侧的空穴，使之剩下的不能移动的负离子区，形成耗尽层，如下图：
在这里插入图片描述
当Vgs增大时，一方面耗尽层增宽，另一方面将衬底的自由电子吸引到耗尽层和绝缘层之间，形成一个N型薄层（反型层），这个反型层就构成了漏极和源极之间的导电沟道。
使沟道刚刚形成的Vgs为开启电压，Vgs越大，反型层越大，导电沟道电阻越小。