第2章開關(guān)及門2010版

數(shù)字邏輯電路

第2章制作者：劉常澍、張濤、李志華、馬欣、于潔瀟第2章晶體管開關(guān)及門電路2．1晶體管的開關(guān)特性及簡單門電路2．2TTL集成門電路2．3其他類型雙極型數(shù)字集成電路2．4CMOS集成門電路引言門電路是用以實現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路，與基本邏輯關(guān)系相對應(yīng)，門電路主要有：與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等。在數(shù)字電路中，一般用高電平代表1、低電平代表0，即所謂的正邏輯系統(tǒng)。正邏輯00VVCC1只要能判斷高低電平即可第2章晶體管開關(guān)及門電路引言所謂的負(fù)邏輯系統(tǒng),

一般用高電平代表0、低電平代表1，分下面兩種情況。負(fù)邏輯10VVCC000V?VCC12.1晶體管的開關(guān)特性及簡單門電路

數(shù)字集成電路絕大多數(shù)都是由雙極型二極管、三極管或單極型場效應(yīng)管組成。這些晶體管大部分工作在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于開關(guān)的“接通”和“斷開”。用理想開關(guān)作參考：①接通時，開關(guān)的電阻為0，開關(guān)兩端的電壓降為0；②斷開時，開關(guān)的電阻為無窮大，通過開關(guān)的電流為0；③接通與斷開狀態(tài)互相轉(zhuǎn)換的過程所需時間為0；④以上特性不受環(huán)境條件(溫度、氣壓等)的影響。2.1.1二極管的開關(guān)特性

靜態(tài)開關(guān)特性：什么條件下導(dǎo)通，什么條件下截止動態(tài)開關(guān)特性：導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換過程的特性硅二極管的特性曲線

二極管PN結(jié)的電流方程1、二極管靜態(tài)開關(guān)特性（1）二極管正向?qū)〞r的特點及導(dǎo)通條件A.

VDth

：門檻電壓或稱閾值電壓、開啟電壓B.

VD：導(dǎo)通壓降VD=0.7V視為硅二極管導(dǎo)通的條件二極管正向?qū)〞r的等效電路

二極管開關(guān)電路（正偏置）

（2）二極管截止時的特點及截止條件A.截止條件：VR<VDth

B.實際：VR≤0，保證二極管可靠截止C.VZ：二極管的反向擊穿電壓D.

IS：二極管的反向漏電流二極管反向截止時的等效電路

二極管開關(guān)電路（反偏置）

動態(tài)過程（過渡過程）：二極管導(dǎo)通和截止之間轉(zhuǎn)換過程。2、二極管動態(tài)開關(guān)特性3、二極管開關(guān)參數(shù)（1）tre反向恢復(fù)時間：二極管從導(dǎo)通到截止所需時間。二極管兩端輸入電壓的頻率過高，以至輸入負(fù)電壓的持續(xù)時間小于它的反向恢復(fù)時間時，二極管將失去其單向?qū)щ娦浴?/p>

（2）零偏壓電容：二極管兩端電壓為零時,擴散電容和結(jié)電容的容量之和。影響二極管反向恢復(fù)時間最重要的因素。

4、二極管開關(guān)的應(yīng)用舉例vI

的極性使二極管正偏導(dǎo)通，則vI被傳到輸出端vO；vI

的極性使二極管反偏截止，則vI傳不到輸出端vO，輸出為0。（1）脈沖極性選擇電路（2）限幅電路4、二極管開關(guān)的應(yīng)用舉例（3）鉗位電路4、二極管開關(guān)的應(yīng)用舉例2.1.2雙極型晶體管的開關(guān)特性

三極管具有飽和、放大和截止三種工作狀態(tài)，在數(shù)字電路中，靜態(tài)主要工作于飽和和截止?fàn)顟B(tài)。NPN型硅三極管開關(guān)電路及其特性

1、三極管的靜態(tài)開關(guān)特性（1）三極管的截止?fàn)顟B(tài)和可靠截止的條件當(dāng)vI很小，如vI<0.5V時：A.vBE小于開啟電壓，B－E間，C－E間都截止

B.C.三極管工作在Q1點或Q1點以下位置，三極管的這種工作狀態(tài)叫截止?fàn)顟B(tài)

NPN硅三極管截止的條件為vBE≤0.5V，可靠截止的條件為vBE≤0V。1、三極管的靜態(tài)開關(guān)特性（2）三極管的放大狀態(tài)當(dāng)輸入電壓vI≥0.7V時：A.vBE大于開啟電壓，B－E間導(dǎo)通B.vBE被鉗在約0.7V

C.三極管工作在Q2點附近,于Q1和Q3之間,三極管的這種工作狀態(tài)稱為放大狀態(tài)。1、三極管的靜態(tài)開關(guān)特性（3）三極管的飽和狀態(tài)和可靠飽和的條件當(dāng)輸入電壓vI增加：A.iB增加，工作點上移，當(dāng)工作點上移至Q3點時，三極管進入臨界飽和狀態(tài)。B.iB再增加，輸出iC將不再明顯變化VCE=VCES≈0.7V

C.工作點向上移至Q3點以上，飽和深度增加，進入可靠飽和狀態(tài)。VCE=VCES≈0.3V

當(dāng)輸入電壓vI增加：1、三極管的靜態(tài)開關(guān)特性三極管的截止?fàn)顟B(tài)三極管的飽和狀態(tài)NPN型硅三極管開關(guān)等效電路三極管作為開關(guān)使用時只需要：飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)

輸入信號為高電壓時，應(yīng)使三極管可靠地飽和；信號為低電壓時，應(yīng)使三極管可靠地截止。

1、三極管的靜態(tài)開關(guān)特性ton=td

+tr

ton開通時間

td延遲時間

tr上升時間toff=ts+tftoff關(guān)斷時間

ts存儲時間

tf下降時間2、三極管的動態(tài)開關(guān)特性解：（1）計算vI＝VIL時三極管的截止情況等效電路如右上圖，計算如下。例2-1

由三極管構(gòu)成的電路如下圖所示，已知三極管共發(fā)射極直流放大系數(shù)β＝50，計算在VIL＝0.3V，VIH＝3.6V輸入信號的作用下，三極管是否能可靠截止和飽和。（1）計算vI＝VIL時三極管的情況滿足截止條件vBE≤0，三極管在vI＝VIL時能夠截止。（2）計算vI＝VIH時三極管的情況等效電路如下圖，計算如下。滿足飽和條件iB>IBS，三極管在vI＝VIH時能夠飽和。iB＝i1－i2

；i1＝（VIH－VBES）∕RB1

；i2＝（VBES+VBB）∕RB2

1、NMOS管的工作特性及其曲線

G：柵極或稱控制極D：漏極B：襯底S：源極2.1.2MOS管的開關(guān)特性VGS=0VVGS≥VGS(th)N(VT)1、NMOS管的工作特性及其曲線

G：柵極或稱控制極D：漏極S：源極B：襯底VT：開啟電壓，也叫閾值電壓VGS(th)N，一般為（2～3V）

轉(zhuǎn)移特性曲線1、NMOS管的工作特性及其曲線

G：柵極或稱控制極D：漏極S：源極B：襯底雙極型三極管三個區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)MOS管的三個區(qū)：截止區(qū)、恒流區(qū)、線性區(qū)漏極特性曲線1、NMOS管的工作特性及其曲線

（1）當(dāng)vI(vGS)<VT時，截止區(qū)iD≈0mA，vO

＝VDD－iDRD≈VDD

,

RDS（off）極大，約為109Ω以上1、NMOS管的工作特性及其曲線

特性曲線開關(guān)電路（2）當(dāng)vI(vGS)＞VT時，恒流區(qū)

截止等效電路特性曲線（3）當(dāng)vI≥vm時，線性區(qū)

vO≈0V，iD很大，等效電阻RDS（on）很小，約為幾百歐姆

Vm:

MOS管進入線性區(qū)的臨界點電壓，Vm的值與管子的特性、負(fù)載大小有關(guān)。1、NMOS管的工作特性及其曲線

開關(guān)電路線性等效電路（1）當(dāng)vI(vGS)<VT時，截止區(qū)，相當(dāng)于開關(guān)斷開；（2）當(dāng)VT<vI(vGS)≤vm時，恒流區(qū)，轉(zhuǎn)換過渡；（3）當(dāng)vI(vGS)≥vm時，線性區(qū)，相當(dāng)于開關(guān)接通。2、NMOS管的開關(guān)特性（1）當(dāng)vI=0V，vSG=-vI=0V<-VT，管子截止，（2）當(dāng)vI=-10V，vSG=-vI=10V>-VT，線性區(qū)

RDS（off）3、PMOS管的開關(guān)特性4、MOS管的4種形式N溝道增強型N溝道耗盡型P溝道增強型P溝道耗盡型2.1.4分立元件構(gòu)成的門電路

1、

二極管與門電路ABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7VABY000010100111用電平值表示用邏輯值表示Y=AB2、二極管或門電路

ABY0V0V-0.7V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VABY000011101111用電平值表示用邏輯值表示Y=A+B例2-1：已知二極管三輸入與門和三輸入或門以及三個輸入信號的波形，根據(jù)與邏輯和或邏輯的功能，對應(yīng)輸入信號分別畫出與門和或門的輸出信號波形。三極管非門VAVF3V0.3V0V3.7VVAVF10013、

三極管非門電路

鉗位二極管例2-3：由圖所示電路，根據(jù)輸入波形，畫出輸出Y的波形。解：由圖可以看出，輸出Y=Y1+Y2=AB+CD，根據(jù)“與”邏輯和“或”邏輯的性質(zhì)，畫出輸出Y的波形晶體管門電路(分立元件)集成電路(TTL和MOS)可編程邏輯器件(CPLD、FPGA)數(shù)字電路集成電路優(yōu)點:體積小、耗電少、重量輕、可靠性高等。

2.1

TTL（三極管-三極管邏輯）門電路RTL（Resister-TransistorLogic）電阻晶體管邏輯；DTL（Diode-TransistorLogic）二極管晶體管邏輯；HTL（High-ThresholdLogic）高閾值邏輯；TTL（Transistor-TransistorLogic）晶體管-晶體管邏輯；ECL（EmitterCoupledLogic）發(fā)射極耦合邏輯；I2L（IntegratedInjectionLogic）集成注入邏輯(IIL)。

常見的數(shù)字集成電路分為雙極型和單極型兩大工藝類雙極型PMOS(P-MetalOxideSemiconductor)型;NMOS(N-MetalOxideSemiconductor)型;CMOS(Complementary-MOS)型

單極型2.2.1TTL與非門1、TTL與非門的電路結(jié)構(gòu)（1）輸入級T1、R1、D1和D2多發(fā)射極三極管,實現(xiàn)與邏輯

D1D2保護（2）分相級T2和R2、R3輸入級在流過R1電流相同的情況下，使輸出管T4有更大的基極電流，提高了帶負(fù)載能力并提高了開關(guān)速度。分相級1、TTL與非門電路的結(jié)構(gòu)輸出級多發(fā)射極三極管,實現(xiàn)與邏輯

D1D2保護輸入級分相級（3）輸出級T3、T4、R4和D3T3和T4：推拉式電路。總是一個導(dǎo)通而另一個截止，有效地降低了輸出級的靜態(tài)功耗，提高了與非門的負(fù)載能力。2.2.1TTL與非門（1）輸入有低（0.3V），輸出必高0.3VVT1B=5V2、TTL與非門的工作原理VT1C=0.4V導(dǎo)通需1.4V‘L’1VVOVO=5V-VR2-VBE3-VD33.6V高電平?。?）輸入有低（0.3V），輸出必高2、TTL與非門的工作原理T2和T4截止3.6V3.6VVT1B=2.1VVT1C=1.4VVT2C=1VVT4B=0.7V（2）輸入全高（3.6V），輸出才低2、TTL與非門的工作原理VO‘H’全反偏飽和VO=0.3V（2）輸入全高（3.6V），輸出才低2、TTL與非門的工作原理D1、D2的作用：當(dāng)輸入電壓低于0V時導(dǎo)通，避免T1發(fā)射結(jié)通過過大電流被鉗在-0.7VD1、D2的保護作用2、TTL與非門的工作原理輸入電壓過低，低于0V傳輸特性曲線

TTL與非門的vO隨輸入電壓vI變化的關(guān)系稱為電壓傳輸特性。3、TTL與非門的電壓傳輸特性4.TTL與非門的參數(shù)從電壓傳輸特性得到幾個重要參數(shù)：(1)輸出高電平：VOH(2)輸出低電平：VOL空載時≥3.6V，標(biāo)準(zhǔn)值＝3.0V，一般≥2.4V即可稱之為高電平。空載時≈0V，標(biāo)準(zhǔn)值＝0.3V，一般≤0.5V即可稱之為低電平。(3)關(guān)門電平：VOFF使TTL與非門T4關(guān)斷的輸入電平，VOFF≥0.8V(4)開門電平：VON使TTL與非門T4導(dǎo)通的輸入電平，VON≤1.8V4.TTL與非門的參數(shù)從電壓傳輸特性得到幾個重要參數(shù)：低電平噪聲容限0.3V<VNL<0.8V高電平噪聲容限2.4V<VNL<3.0V(5)閾值電壓：

VthVth,當(dāng)VI≤Vth時，

TTL門關(guān)斷；當(dāng)VI≥Vth時，

TTL門導(dǎo)通。4.TTL與非門的參數(shù)從電壓傳輸特性得到幾個重要參數(shù)：Vth≈1.4V2.2.2TTL與非門的特性1.輸入特性TTL門的輸入電流iI隨輸入電壓vI變化的關(guān)系：輸入短路電流IIS≤1.6mA輸入低電平時高電平輸入電流IIH≤40μA輸入端接地電阻：關(guān)門電阻：ROFF≤910Ω開門電阻：RON≥2.5kΩ2.2.2TTL與非門的特性2.輸入負(fù)載特性（1）低電平輸出特性R1T1+5V前級后級流入前級的電流IOL(灌電流)2.2.2TTL與非門的特性3.輸出特性（2）高電平輸出特性前級后級流出前級電流IOH（拉電流）R1v1+5V2.2.2TTL與非門的特性3.輸出特性前級前級輸出為高電平時后級（3）扇出系數(shù)：與門電路輸出驅(qū)動同類門的個數(shù)前級輸出為低電平時前級后級（3）扇出系數(shù)：與門電路輸出驅(qū)動同類門的個數(shù)輸出低電平時，流入前級的電流（灌電流）：輸出高電平時，流出前級的電流（拉電流）：標(biāo)準(zhǔn)TTL系列器件，規(guī)范值為NO≥8。IOL（max）越大,帶灌電流負(fù)載能力越強;IOH（max）越大,帶拉電流負(fù)載能力越強。（3）扇出系數(shù)：與門電路輸出驅(qū)動同類門的個數(shù)4.空載功耗空載功耗是指與非門空載時電源總電流

ICC和電源電壓VCC的乘積輸出為高電平時的功耗為截止（與非門截止）功耗POFF，輸出為低電平時的功耗為導(dǎo)通（與非門導(dǎo)通）功耗PON。POFF=VCCICCH，PON=VCCICCL，顯然PON>POFF。標(biāo)準(zhǔn)系列TTL與非門的單門導(dǎo)通空載功耗約32mW5.傳輸延遲時間傳輸延遲時間為輸入一個正脈沖對應(yīng)的輸出下降延遲時間和上升延遲時間的平均值輸出波形相對輸入波形的滯后時間稱為傳輸延遲時間

tpd

集成電路一般平均傳輸延遲時間的單位是納秒（ns）。

1、TTL集成電路懸空的輸入端相當(dāng)于接高電平。2、為了防止干擾，將不用的輸入端接高電平，不要懸空。說明2.2.3其它TTL門電路

或非門、與或非門、三態(tài)門、集電極開路門（OC門）。

其中，或非門、與或非門等是指邏輯功能，而三態(tài)門、集電極開路門則是指邏輯門的輸出結(jié)構(gòu)，并非邏輯功能。1、TTL或非門A

BY3.6VB→C導(dǎo)通1.4VT2、T4導(dǎo)通1V1

13.6V0B→C導(dǎo)通低電平2.2.3其它TTL門電路A

BY0.3導(dǎo)通1.4VT2、T4導(dǎo)通1V1

101

00

103.6V00.4V0.7V低電平同理1、TTL或非門2.2.3其它TTL門電路A

B

Y0.3V導(dǎo)通0.4VT2、T4截止5V0

01

1

01

0

00

1

00.3V10.4V高電平1、TTL或非門2.2.3其它TTL門電路2、集電極開路TTL門（OC門)≥12.2.3其它TTL門電路“L”“H”i:Vcc→R4→T3→D3→T4因為輸出電阻小，所以i很大。使輸出低電平升高。功耗過大損壞管子。解決：輸出級改為集電極開路

OC門的“線與”連接，共用一個負(fù)載電阻：Y=Y1?Y22、集電極開路TTL門（OC門)2.2.3其它TTL門電路OC門的“線與”連接，輸出端等效電路2、集電極開路TTL門（OC門)

表示開路輸出，下畫橫線表示L型，即輸出晶體管導(dǎo)通時為低電平。截止時為高阻狀態(tài)。

表示開路輸出，上畫橫線表示H型，即輸出晶體管導(dǎo)通時為高電平。截止時為高阻狀態(tài)。2.2.3其它TTL門電路2.2.3其它TTL門電路2、集電極開路TTL門（OC門)OC門可以驅(qū)動小型指示燈OC門可以驅(qū)動發(fā)光二極管LEDOC門可以驅(qū)動小型繼電器說明：a.其中VC1可以和VCC不一樣b.OC門的邏輯可以是任意邏輯3、三態(tài)輸出TTL門（3S門）

如何實現(xiàn)？效果如何？與非門只有高電平、低電平兩個狀態(tài)為了使器件能夠在數(shù)據(jù)總線構(gòu)成時正確傳輸邏輯信號還應(yīng)使輸出不發(fā)送信號的狀態(tài)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，就像與其他電路斷開一樣，簡稱3S（ThreeState）門。問題：T3和T4應(yīng)同時處于截止?fàn)顟B(tài)。2.2.3其它TTL門電路E＝1時，輸出Y與輸入A、B之間為正常的與非關(guān)系。E＝0時，T2和T4截止。同時，二極管D正偏導(dǎo)通，將T3的基極鉗位在低電平，使T3也處于截止?fàn)顟B(tài)，從而實現(xiàn)了T3與T4同時截止。3、三態(tài)輸出TTL門（3S門）

2.2.3其它TTL門電路需要增加一個控制輸入端稱為“使能”或“允許”，又有高電平有效和低電平有效兩種方式。

(1)高電平有效方式符號3、三態(tài)輸出TTL門（3S門）

2.2.3其它TTL門電路(2)低電平有效方式時，輸出Y與輸入A、B之間為正常的與非關(guān)系。時，T2和T4截止。同時，二極管D正偏導(dǎo)通，將T3的基極鉗位在低電平，使T3也處于截止?fàn)顟B(tài)，從而實現(xiàn)了T3與T4同時截止。符號2.2.3TTL集成電路的系列產(chǎn)品系列特點54/74系列最早產(chǎn)品，中速器件，目前仍在使用。54H/74H系列74系列改進型，速度較74系列高，但功耗較大，目前已使用較少。54S/74S系列采用肖特基晶體管和有源泄放網(wǎng)絡(luò)，速度較高，品種較74LS少。54LS/74LS系列低功耗肖特基系列，品種及生產(chǎn)廠家很多，價格很低，為目前集成電路中主要應(yīng)用產(chǎn)品系列。54AS/74AS系列74S的后繼產(chǎn)品，速度功耗有改進。54ALS/74ALS系列74LS后繼產(chǎn)品，速度功耗有較大改進，但目前較74LS系列品種少，價格略高。/系列與74ALS及74AS類似，屬高速型，目前產(chǎn)品較少。2.2.3TTL集成電路的系列產(chǎn)品54/74族TTL集成電路命名的規(guī)則，按以下幾部分規(guī)定：①首標(biāo)

②54/74族號

③系列規(guī)格

④集成電路的功能編號

⑤封裝形式、材料其中“首標(biāo)”由廠家給定，如：SN表示美國Texas公司標(biāo)準(zhǔn)雙極電路，HD表示日本HITACHI公司數(shù)字電路；“系列規(guī)格”用H、S、LS、AS、ALS、F中的一個表示，如果不選，表示標(biāo)準(zhǔn)系列；“集成電路功能編號”為二到四位阿拉伯?dāng)?shù)字，用以表示不同功能，從00開始；封裝形式有雙列、扁平、LCC等，材料有陶瓷、金屬、塑料等。例如，SN74LS00，HD74ALS00，SN74AS00，SN74S00，HD74H00，HD7400，它們的邏輯功能均相同，都是四2輸入與非門。但在電路的速度及功耗等參數(shù)上有差別。SN

74

LS

00

P①②③④⑤CT:中國TTL2.2.3TTL集成電路的系列產(chǎn)品參

數(shù)

名7474H74S74LS最小輸入高電平電壓VIH(min)(V)2.02.02.02.0最大輸入低電平電壓VIL(max)(V)0.80.80.80.8最小輸出高電平電壓VOH(min)(V)2.42.42.72.7最大輸出低電平電壓VOL(max)(V)0.40.40.50.5最大輸入高電平電流IIH(mA)0.040.050.050.02最大輸入短路電流IIS(mA)－1.6－2.0－2.0－0.4最大高電平輸出電流IOH(max)(mA)－0.4－0.5－1.0－0.4最大低電平輸出電流IOL(max)(mA)1620208電源電壓范圍VCC(V)5±5%5±5%5±5%5±5%扇出系數(shù)NO(個)10101020平均傳輸延遲時間tpd(ns)10639.5最高時鐘脈沖頻率fCP(MHz)25508033表中電流方向規(guī)定流入門電路為正，流出門電路為負(fù)。不同型號的電路，電氣參數(shù)不完全相同，具體參數(shù)應(yīng)查看相關(guān)技術(shù)手冊。2.3其他類型雙極型數(shù)字集成電路2.3.1ECL（發(fā)射極耦合邏輯）門電路ECL（EmitterCoupledLogic）是電流開關(guān)型的電路，雙極型的集成電路中工作速度最高，傳輸延時可短至1nS以下。ECL基本電路輸出vO1和vO2則你高我低，抑或我高你低。VR是基準(zhǔn)電壓，欲使T2管截止，T1管導(dǎo)通，vI應(yīng)低于（?1.9+0.7）V；欲使T2管導(dǎo)通，T1管截止，vI應(yīng)高于（?1.9+0.7）V。高低邏輯電平差別小，即邏輯擺幅小，約為0.8V，與其他器件不兼容。2.3其他類型雙極型數(shù)字集成電路2.3.1ECL（發(fā)射極耦合邏輯）門電路ECL門或/或非門電路形式ECL基本電路形式是或/或非門，負(fù)載電阻常用外接形式，即發(fā)射極開路輸出，或/或非門符號發(fā)射極開路輸出(OE)符號2.3其他類型雙極型數(shù)字集成電路2.3.2I2L(集成注入邏輯)門電路I2L（IntegratedInjectionLogocIIL）電路的基本單元極其簡單，因而功耗小、集成度高。I2L基本電路PNP管用作恒流源，電阻在集成電路外接。簡單電路畫法2.3其他類型雙極型數(shù)字集成電路2.3.2I2L(集成注入邏輯)門電路I2L（IntegratedInjectionLogocIIL）電路的基本單元極其簡單，因而功耗低、集成度高。I2L或／或非門電路形式高低邏輯電平差別小，即邏輯擺幅小，約為0.6V，與其他器件不兼容。但可以用其作為核心邏輯電路，外圍端口制作成TTL型，因它們的工藝是兼容的?；?或非門符號2.4.1CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理1、CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)

CMOS反相器是由NMOS管T1和PMOS管T2組成的互補式電路。通常以PMOS管作負(fù)載管，NMOS管作驅(qū)動管。采用單一正電源供電。

T1和T2的柵極G并聯(lián)為反相器的輸入端，漏極D并聯(lián)作為反相器的輸出端。工作時，T2的源極接電源正極，T1的源極接地。2.4

CMOS集成門電路2、CMOS反相器的工作原理

A.當(dāng)輸入信號VI=VIL=0V時NMOS管的柵源電壓vGS1=0＜VT1，所以T1管截止,內(nèi)阻高達108Ω；PMOS管的柵源電壓vGS2=-VDD＜VT2，即|vGS2|>|VT2|，T2管導(dǎo)通，導(dǎo)通電阻小于1kΩ。VOH≈VDDB.當(dāng)輸入信號vI=VIH=VDD時NMOS管的柵源電壓vGS1=VDD>VT1，所以T1管導(dǎo)通,導(dǎo)通電阻小于1kΩ

；PMOS管的柵源電壓|vGS2|=0<|VT2|

，T2管截止，內(nèi)阻高達108Ω。VOL≈0V

T1、T2參數(shù)對稱，輸入高電平和低電平時，總是一個導(dǎo)通，一個截止，即處于互補狀態(tài)，所以把這種電路結(jié)構(gòu)稱為互補對稱結(jié)構(gòu)。

3、電壓傳輸特性和電流轉(zhuǎn)移特性ab

區(qū)：由于輸入電壓VI<VT1，因此vGS1<VT1，NMOS管T1截止，而|vGS2|>|VT2|，故PMOS管T2導(dǎo)通，并工作于線性區(qū)，導(dǎo)通電阻約500Ω左右。輸出電壓為高電平VOH≈VDD。bc區(qū)：由于VI升高，致使vGS1>VT1，NMOS管T1開始導(dǎo)通，此時VO仍然較高，使vGD1<VT1，因而T1工作在內(nèi)阻較高的恒流區(qū)，而T2仍工作于低阻的線性區(qū)。T2和T1的分壓結(jié)果使輸出高電平開始下降，但輸出電平仍較高。iD≈0。iD則隨VI升高不斷增大。3、電壓傳輸特性和電流轉(zhuǎn)移特性de區(qū)：vI繼續(xù)增加，vO進一步下降，使T1進入低內(nèi)阻的線性區(qū)，而T2仍工作于高內(nèi)阻的恒流區(qū)，輸出電壓下跌，并趨向低電平。ef區(qū)：vI的增加，使|vI–VDD|<|VT2|，即|vGS2|<|VT2|后，T2截止，同時T1工作于低阻線性區(qū)，因此，輸出電壓vO=VOL≈0。cd區(qū)：隨著vI升高，vO繼續(xù)下降，使|vGS2|>|VT2|，|vGD2|<|VT2|，因此，T1和T2均工作于恒流區(qū)。所以vI很小的變化便會引起輸出電壓vO的急劇變化。且iD增至最大。此區(qū)常稱為轉(zhuǎn)折區(qū)或過渡區(qū)。轉(zhuǎn)折區(qū)對應(yīng)的輸入電壓稱為轉(zhuǎn)折電壓或閾值電壓Vth。轉(zhuǎn)折區(qū)對應(yīng)的漏極電流iD是最大的iD則由最大減至最小此時，iD≈0。1.靜態(tài)輸入特性2.4.2CMOS反相器的輸入特性和輸出特性輸入保護電路RS的阻值一般在1.5～2.5KΩ之間，二極管正向?qū)妷篤DF=0.5～0.7V，反向擊穿電壓約為30V。C1和C2分別表示T1和T2的柵極等效電容。1.靜態(tài)輸出特性2.4.2CMOS反相器的輸入特性和輸出特性輸出高電平情況輸出特性曲線輸出低電平情況T1、T2是兩個串聯(lián)的NMOS驅(qū)動管（相當(dāng)于兩個串聯(lián)開關(guān)）；T3、T4是兩個并聯(lián)的PMOS負(fù)載管。

(a)當(dāng)A=B=０，T1、T2截止T3、T4導(dǎo)通則Y=1(b)當(dāng)A=1、B=０，T2、T3

導(dǎo)通則Y=1T1、T4截止(c)當(dāng)A=0、B=1，T1、T4導(dǎo)通T2、T3截止(d)當(dāng)A=B=1，T1、T2導(dǎo)通T3、T4截止1.CMOS與非門2.4.3其他CMOS集成門電路則Y=1則Y=0

兩個并聯(lián)的NMOS管T1和T2作為驅(qū)動管（相當(dāng)于并聯(lián)開關(guān)）；兩個串聯(lián)的PMOS管T3和T4作為負(fù)載管。

1.CMOS或非門2.4.3其他CMOS集成門