PN结

门电路

定义

逻辑状态

现在我们开始进入到门电路的学习当中来，由于没有学过电路原理以及模电课程，所以理解起来比较困难，但也算是在跌跌撞撞中收获了一些知识，如有错误，还希望各位能够及时提出！

在学习门电路的过程中，我们首先需要认识一个东西，叫做PN结，这个东西在后面的过程中是我们的核心知识，所以我们先来介绍一下PN结到底是怎么回事！

PN结

关于PN结，是在模电课程中重点学习的，而我没有学过模电，就在网上找到一个科普视频，讲解的特别清晰，内容深度也符合我们的需求，在补完模电课程之后，我还是想要借助这个视频来讲解一下PN结，因为谁不喜欢动画式的知识点讲解呢！

【硬件科普】带你认识CPU第00期——什么是MOSFET_哔哩哔哩_bilibilihttps://www.bilibili.com/video/BV1nL411x7jH?spm_id_from=333.1007.top_right_bar_window_history.content.click&vd_source=4f47a44a067734f2384169d1002baba8

UP主讲解的特别清晰，所以我们也就不做过多的介绍了，大家了解了PN结以及MOS管的基本知识就行！这只是我们的基础，也是我们的开胃小菜，接下来，我们就要开始深入我们的门电路、二极管以及MOS管了！

门电路

定义

实现基本运算、复合运算的单元电路，如与门、与非门、或门等等。

逻辑状态

门电路中以高低电表示逻辑状态的１、０。

正逻辑

高电平为１，低电平为０。

负逻辑

高电平为０，低电平为１。

电平

这里主要注意三个点

高低电平是一个范围，而不是一个具体的值

开关断开，输出高电平，希望电阻阻值小。

开关闭合，输出低电平，希望电阻阻值大。

所以就出现了矛盾，我们在后面去解决这个矛盾。

二极管

开关特性

当我们把二极管当成上面电路的开关，给二极管高电平，相当于开关断开，给二极管低电平，相当于开关闭合，所以表现为一种跟随状态，就是给二极管高电平，输出高电；给二极管低电平，输出低电平。

与门

通过这样的电路连接，我们就可以得到一个与门。

或门

电阻接地，我们就得到了或门。

缺点

MOS管

结构

MOS管这部分知识在视频里也讲解过，这个地方和视频里是一样的，我觉得视频更加生动形象，哈哈哈！英语好的同学也可以康康下面的介绍。

类型

就是N沟道增强型和 P沟道增强型，一个是正向电场形成沟道，一个是反向电压形成沟道。看有没有空心小圆圈就行。

NMOS

电压低时不形成沟道，相当于开关断开，电压在一定范围内，是线性增长，后面因为有夹断（横向电场导致的），就基本饱和了。（可能是传输的时候出了问题，在平板上字迹不是这样的）。

PMOS

与NMOS类似。

CMOS

CMOS在视频也有所介绍，就是两个MOS合在一起，C就是（Complementary）。

工作原理

其实大概就是视频里的那样，具体可以看看下面的介绍。

哈哈，大家还记得我们之前说过开关电路的一个矛盾吗？就是关于上拉的阻值，我们不能很好的找到一个合适的值，所以，我们现在采用一种互补的逻辑去实现开关电路，那就是CMOS。

最后，我们可以得到CMOS的电压特性，如图所示，我们在后面会详细介绍。

电压、电流传输特性

电压特性的话，我们需要关注一下中间那部分，其实两个MOS管都有所导通，并且中间部分是二分之一VDD。

电流特性，注意在低压或者高压的时候，其实电流特别小，但是在中间部分，有电流，这也是功耗产生的原因，后面我们还会进行分析。

输入噪声容限

输入特征

输出特性

这个地方比较难以理解，我们着重来讲解一下。

VDD增大，相当于沟道（图片上写错了）内阻变小，压降减小，所以输出电压也小（低电平）。

负载（功率）变大，电流变大，相当于等效电阻变小，内阻压降变大，所以输出电压上偏。

还可以用电路的思想来分析（我画的电路图）负载电阻变小，电压变小，所以输出是偏大。