場效應三極管（FET、FieldEffectTransistor)利用電場效應來控制電流的三極管，稱為場效應管，也稱單極型三極管。場效應管特點只有一種載流子參與導電；

輸入電阻高、噪聲低、熱穩定性好、抗輻射能力強；工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。CMOS門電路

絕緣柵型場效應管

由金屬、氧化物和半導體制成。稱為金屬-氧化物-半導體(Metal-Oxide-Semiconductor)場效應管，或簡稱MOS場效應管。特點：輸入電阻可達109以上。類型N

溝道P溝道增強型耗盡型增強型耗盡型耗盡型場效應管:VGS

=0時漏源間存在導電溝道的MOS管

增強型場效應管:VGS=0時漏源間不存在導電溝道的MOS管N

溝道增強型

MOS

場效應管1.結構P型襯底N+N+GSDSiO2源極Source漏極Drain柵極Gate1.MOS管的工作原理導電溝道(反型層)當大于VGS(th)時，將出現導電溝道。VGS(th)稱為開啟電壓，與管子構造有關。SDB導電溝道將源區和漏區連成一體。此時在D,S間加電壓，將形成漏極電流iD。稱為N溝道增強型場效應管

顯然，導電溝道的厚度與柵源電壓大小有關。而溝道越厚，管子的導通電阻RON越小。因而，若不變，就可控制漏極電流iD。因此把MOS管稱為電壓控制器件。3.特性曲線(N

溝道增強型

MOS管)GD

S3V4V5VvGS

=6ViD

/mA43210246810vDS

/V可變電阻區（恒流區）iD+-VGS+-

VDS輸出特性截止區：VGS<VGS(th)，iD=0,ROFF>109Ω截止區恒流區：iD

基本上由VGS決定，與VDS關系不大可變電阻區：當VDS

較低,VGS

一定時， 這個電阻受VGS

控制、可變。3.特性曲線(N

溝道增強型

MOS管)GD

S3V4V5VvGS

=6ViD

/mA42643210vGS

/ViD

/mA43210246810vDS

/V可變電阻區（恒流區）VGS(th)iD開啟電壓+-VGS+-

VDS輸出特性轉移特性截止區VGS<VGS(th)

MOS管截止VGS>VGS(th)

MOS管導通N

溝道增強型

MOS管:VGS>04.MOS管的開關作用開啟電壓VGS(th)

>0DDOHOVVv==V0OLO?=VvIv>VGS(th)

+VDDRDBGDSOvIvSGDCIRONIvOvSGDCIIvOv<VGS(th)

Iv導通截止N溝道增強型

MOS管：N型襯底P+P+GSDSiO2源極漏極柵極P

溝道增強型MOS

場效應管P

溝道增強型MOS管-VDDRDBGDSvIvO開啟電壓

VGS(th)

<0SGDCIOvvIsGDCIRONOvvI導通截止CMOS

反相器1、工作原理AL1+VDD+10VD1S1vivOTNTPD2S20V+10VvivGSNvGSPTNTPvO0V0V-10V截止導通10V10V10V0V導通截止0VVGS(th)N

=2VVGS(th)P

=-2V邏輯圖邏輯表達式vi(A)0vO(L)1邏輯真值表10Complementary-SymmetryMOS.互補對稱式MOS電路。要求兩管特性完全一樣MOS管的四種類型增強型耗盡型大量正離子導電溝道2.CMOS反相器的傳輸特性iD+VDD+vI-vOTNTPABCDEFVTNVDDAB段：vI<VTN

，vO=VDD、iD

0，功耗極小。0vO

/VvI

/VTN截止、TP導通，BC段：TN導通vO

略下降。CD段：TN、TP均工作在恒流區DE、EF段：iD+VDD+vI-vOTNTPABCDEF0iD

/mAvI

/VVTHABCDEFVDDVTH0vO

/VvI

/V電壓傳輸特性電流傳輸特性AB、EF

段：

TN、TP總有一個為截止狀態，故iD

0。CD段：

TN、Tp

均導通，流過兩管的漏極電流達到最大值

iD=iD（max)

。動態功耗

在動態情況下，電路的狀態會通過BC段，使動態功耗不為0；而且輸入信號頻率越高，動態功耗也越大；若有負載電容，動態功耗也會增加，這也成為限制電路扇出系數的主要因素。動態功耗

輸入端保護電路:(1)-

vDF<vA

<VDD+vDF(2)vA

>

VDD+vDF

二極管導通電壓：vDF

=0.5~0.7V(3)vA

<

-

vDF

當輸入電壓不在正常電壓范圍時,二極管導通，限制了電容兩端電壓的增加,保護了輸入電路。+VDDvOvATPD1C1C2RSTND2D3D1、D2、D3截止(保護電路不起作用）D2、D3

導通vG

=

VDD+vDFD1導通vG

=

-

vDFCMOS反相器輸入特性由于UGS越大，TN管的導通電阻RON就越小，1.低電平輸出特性U0=U0L時:所以：在同樣的IOL值下，VDD越高，使TN管導通時的UGS就越大，其RON就越小，UOL也就越低。+VDDTNTPUIHUOLIOLRLIOL從負載電路注入TN管。TN管導通，TP管截止，VDD=5V10V15VUOLOIOL

輸出特性2.高電平輸出特性由于UGS越負，TP管的導通電阻RON就越小，U0=U0H時：所以：在同樣的IOH值下，VDD越高，使TP管導通時的UGS就越負，其RON就越小，VOH也就越高。TNTP+VDDUILUOHIOHRLIOH從TP管流向負載電路。TP管導通，TN管截止，UOHOIOHVDDVDD=5V10V15V輸入噪聲容限結論：可以通過提高VDD來提高噪聲容限驅動門負載門傳輸延遲時間(1)MOS管的導通電阻比TTL電路大的多，導通電阻受VDD影響，所以，VDD也影響傳輸延遲時間；(2)CMOS門的輸入電容比TTL電路大得多，因此負載個數越多，延遲時間越大；CMOS門的扇出系數就是受傳輸延遲時間和動態功耗等動態特性限制的。CMOS門電路A

BTN1TP1

TN2TP2L00011011截止導通截止導通導通導通導通截止截止導通截止截止截止截止導通導通11101、CMOS與非門vA+VDD+10VTP1TN1TP2TN2ABLvBvLAB&00100111Y=(a)電路結構(b)工作原理2.CMOS與門+VDDVSSTP1TN1TP2TN2ABY+VDDG1D1S1TNTPD2S2G2VSSAB&L1AB&L3、CMOS或非門+VDD+10VTP1TN1TN2TP2ABLA

BTN1TP1TN2TP2L00011011截止導通截止導通導通導通導通截止截止導通截止截止截止截止導通導通1000AB≥100100111vA+VDD+10VTP1TN1TP2TN2ABLvBvL+VDD+10VTP1TN1TN2TP2ABL小結與非門為例：也更高越高，輸入端越多，端數目的影響輸出的高低電平受輸入則則則則受輸入狀態影響輸出電阻存在的缺點：OHOLONONOONONOONONONOONONONOOVV)(RRRB,ARRRB,ARR//RRB,ARRRRB,AR:)(3131422011021002111=============+===帶緩沖極的CMOS門的提出解決方法采用緩沖電路能統一參數。1.CMOS漏極開路門1.）CMOS漏極開路門的提出輸出短接，會產生低阻通路，大電流有可能導致器件的損毀，并且無法確定輸出是高電平還是低電平。CMOS漏極開路（OD）門和三態輸出門電路（2）漏極開路門的結構與邏輯符號(c)可以實現線與功能;(d)可實現邏輯電平變換：(a)工作時必須外接電源和電阻;+VDDVSSTP1TN1TP2TN2ABL電路邏輯符號(b)可并聯LRp的值愈小，負載電容的充電時間常數亦愈小，因而開關速度愈快。但功耗大,且可能使輸出電流超過允許的最大值IOL(max）

。電路帶電容負載10CLRp的值愈大，可保證輸出電流不能超過允許的最大值IOL(max）、功耗小。但負載電容的充電時間常數亦愈大，開關速度因而愈慢。上拉電阻應如何選擇?它取值的大小對OD門的開關時間和電路工作的安全性有何影響?VDD1和VDD2可取不同值；

允許灌入電流較大。如：CC40107在VOL<0.5V的條件下，允許灌入的最大電流可達50mA。2、用于直接驅動大電流負載。74HC/HCT系列CMOS門電路的最大灌電流或拉電流為4mA指示燈(12V,20mA)10011截止導通111高阻

×0

輸出L輸入A使能EN001100截止導通010截止截止X1邏輯功能：高電平同相邏輯門01三態輸出門電路CMOS傳輸門(雙向模擬開關)

數據采集電路ADCCH1CH2CHN方案2計算機ADCCH1CH2CHN方案1ADCADC計算機CMOS傳輸門υI/υOυo/υIC等效電路VGS(th)PVGS(th)NVDD0VN溝道管導通P溝道管導通分析原理。先分析只有一個管時的情況：單管工作的缺點是：1.有死區；2.導通電阻隨輸入電壓變化很大。采用雙管可克服這些缺點。υI/υOυo/υIC等效電路||當模擬開關將電壓傳輸系數定義如下：KTG==

采用改進電路的四雙向模擬開關74HC4066在VDD=6V時，RTG值只有30?。而且在變化時，RTG基本保持不變。

目前，某些精密CMOS模擬開關的導通電阻已降低到20?以下。0傳輸門組成的數據選擇器C=0TG1導通,TG2斷開

L=XTG2導通,TG1斷開

L=YC=101XX斷開導通0101斷開X導通YCH1CH2

CMOS集成電路的主要特點(1)功耗極低。(2)電源電壓范圍寬。CC4000系列：VDD=3~18V(3)抗干擾能力強。輸入端噪聲容限=0.3VDD

~0.45VDD(4)邏輯擺幅大。(5)輸入阻抗極高。(6)扇出能力強。(7)集成度很高，溫度穩定性好。(8)抗輻射能力強。CC4000系列：≥50個≥CMOS電路使用中應注意的幾個問題注意輸入端的靜電防護(導電材料包裝,安裝場地接地)。4.1注意電源電壓極性。(保護電路中的保護二極管)多余的輸入端不應懸空。與門、與非門：接電源或與其他輸入端并聯或門、或非門：接地或與其他輸入端并聯3.輸出端不能和電源、地短接。(保護輸出級MOS管)4.輸入電路的過流保護4.2保護二極管只能承受1mA電流，因此下列三種情況下輸入端要串入保護電阻。(1)輸入端接低內阻信號源；(2)輸入端接有大電容；(3)輸入端接長線（伴生有分布電容和分布電感）。CMOS電路鎖定效應的防護（閱讀P102）

產生鎖定效應將造成CMOS電路永久失效?？稍谳斎搿⑤敵龆私尤脬Q位保護電路，在電源輸入端加去偶電路。

應確保CMOS電路先通電、后斷電。1)驅動器件的輸出電壓必須處在負載器件所要求的輸入電壓范圍（屬于電壓兼容性的問題）。在數字電路或系統的設計中，往往將TTL和CMOS兩種器件混合使用，以滿足工作速度或者功耗指標的要求。由于每種器件的電壓和電流參數各不相同，因而在這兩種器件連接時，要滿足驅動器件和負載器件以下兩個條件：2)驅動器件必須對負載器件提供足夠大的拉電流和灌電流（屬于門電路的扇出數問題）.TTL電路和CMOS電路的接口灌電流IILIOLIIL拉電流IIHIOHIIHvOvI驅動門

負載門1

1

VOH(min)vO

VOL(max)

vI

VIH(min)VIL(max)

10111…1n個01110…1n個負載器件所要求的輸入電壓對負載器件提供足夠大的拉電流和灌電流VOH(min)≥VIH(min)VOL(max)