デジタル回路 - ゲート回路

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まず、用語と概念

第二に、ダイオードゲート

三、CMOSゲート


まず、用語と概念

IC(ICと呼ばれる集積回路)

小さな規模集積回路(SSIと呼ばれる小さな規模集積)

中規模集積回路(MSIと呼ばれる媒体規模集積回路)

LSI(LSIと呼ぶ大規模集積回路)

VLSI(超大規模集積、VLSIと称します)

第二に、ダイオードゲート

2.1ダイオードゲート

最も簡単かつゲート

回路と論理レベルの真理値表

短所:高、低入力及び出力は、低い値が等しくない、ダイオードの順方向電圧降下の差は、入力信号が出力されるドア、信号発生高及び低下あたかも電動オフセットレベル、また、場合グランドへの出力端子に接続された負荷抵抗、負荷抵抗は時々ハイレベルの出力に影響を与える変更します。

上記の欠点は、この質問に答えることができます。

2.2ダイオードOR回路

最も簡単なダイオードOR回路

 回路と論理レベルの真理値表

三、CMOSゲート

スイッチング素子として(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、MOSトランジスタと称する)半導体電界効果トランジスタ - 酸化物 - CMOS回路は、金属集積します。

構造と動作原理3.1 MOSチューブ

P型基板(図B)は、ソースS MOS管(ソース)とドレインD(ドレイン)を形成するために2つの高度にドープされたN型領域を作製し、さらに、ゲート電極G(ゲイン)通常はアルミニウム又はポリシリコン生産。

電圧VdsにおけるDとS極は、電圧Vgs = 0、DおよびS、ID = 0の間には導通を提供し;

D及び提供のVgs> VGS(TH)の電圧VdsにS極、ゲート及び基板に少数キャリアを引き付けるために基板間の電界-電子がゲート下の基板を集め表面反転層がN型で形成されて、反転層がDとSとの間に導電性チャネルを構成するので、フローIDがあると、MOSトランジスタのVGS(TH)の電圧がターンオンされます。

VgsはIdが増加するように導電性チャネルの断面積は、増加し、増加するように、すなわちIdの大きさは、電圧Vgsによって制御することができます。

为防止有电流从衬底流到S极和导电沟道,一般将衬底和源极接在一起,或者接到系统最低电位上。

3.2 MOS管的输入输出特性

如下是MOS管的共源接法,GS作为输入,DS作为输出。

右边的图称为MOS的输出特性曲线,也叫MOS管的漏极特性曲线,有三个工作区域,截止区,可变电阻区,恒流区。

1、截止区,Vgs<Vgs(th)时,D和S之间没有导电沟道,Id=0,DS之间的内阻非常大,可达10^{9}{\color{Emerald} }Ω以上,曲线上Vgs<Vgs(th)的区域称为截止区。

2、当Vgs>Vgs(th)后,D和S之间出现导电沟道,有ID产生,可以分为两个区,一个是可变电阻区,见上图虚线左边区域,在这个区域内,当Vgs一定时,ID和Vds之比近似等于一个常数,类似于线性电阻。等效电阻的大小和Vgs的大小有关,当Vds≈0时,ID和Vgs有如下的关系:这个公式表面,Vgs>>Vgs(th)时,Ron近似于Vgs成反比。

3、在虚线的右边,叫作恒流区。恒流区的ID由Vgs决定,Vds变化对ID影响很小。此时ID和Vgs有如下的关系:其中IDS是Vgs=2Vgs(th)时ID的值,这个公式表明,Vgs>>Vgs(th)时,ID与Vgs的平方成正比。

表明ID与Vgs关系的曲线叫MOS管的转移特性曲线。

3.3 MOS管的基本开关电路

当Vi<Vgs(th)时,MOS管工作在截止区, 负载电阻RD远远小于MOS管的截止内阻Roff,输出端即为高电平Voh,Voh≈VDD;

当Vi>Vgs(th)并且Vds在较高的情况下,MOS管工作在恒流区,随着Vi增加,ID增加,Vo减小,这时候电路工作在放大状态。

随着Vi的继续增大,MOS管的导通电阻Ron变的很小(一般在1KΩ以内,小的可以到mΩ级别),RD>>Ron时,输出端为低电平Vol,Vol≈0。

在MOS管关闭状态,即Vi<Vgs(th)时,MOS管截止内阻Roff需要足够大,Roff>>RD;

在MOS管开启状态,一个是Vi>>Vgs(th)(Vi不能超过MOS管Vgs最大值),MOS管的导通内阻Ron足够小,Ron≪RD;

3.4 MOS管的开关等效电路

 3.5 MOS管的4种类型

NMOS和PMOS管各有增强型和耗尽型,所以共有4种类型。目前在电子产品中,使用最多的是增强型NMOS,其次是增强型PMOS,耗尽型几乎不用。

对于耗尽型NMOS管,Vgs=0时,D和S之间就有导电沟道,Vgs为正时,导电沟道变宽,ID增大;Vgs为负时,导电沟道变窄,ID减小,当Vgs小于某一个负电压值Vgs(off)时,导电沟道才消失,MOS管截止关闭。Vgs(off)称为耗尽型NMOS管的夹断电压。

对于耗尽型PMOS,Vgs=0时,D和S之间就有导电沟道,Vgs为负时,导电沟道变宽,ID增大;Vgs为正时,导电沟道变窄,ID变小,当Vgs的正电压大于夹断电压Vgs(off)时,导电沟道消失,MOS管截止。

综上,一般开启电压是对增强型NMOS和增强型PMOS来说的,夹断电压是针对耗尽型NMOS和耗尽型PMOS来说的。

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転載: blog.csdn.net/Albert992/article/details/103764823