MOSFET有P沟道和N沟道两种,每种中又可分为耗尽型和增强型两类。由N沟道和P沟道MOSFET组成的电路称为互补MOS或CMOS电路。
图1(a)表示CMOS反相器电路,由两种增强型MOSFET组成,其中一个为N沟道,另一个为P沟道。图1(b)为其简化画法。为了电路能正常工作,要求电源电压VDD>(VTN+|VTP|) 1. 工作原理 首先考虑两种极限情况:当v1输入逻辑0时,相应的电压近似为0V;而当v1输入逻辑1时,相应的电压近似为VDD。假设N沟道管TN为工作管,P沟道管Tp为负载管。由于电路是互补对称的,这种假设可以是任意的,其结果相同 。 图2分析了当v1=VDD时的工作情况。参看图2(b)。在TN的输出特性iD-vDS曲线簇中选择VGSN=VDD,并叠加一条负载线,它是负载管Tp在vSGP=0V时的输出特性iD-vSD。由于vSGP<VT(VTN=|VTP|=VT),负载曲线几乎是一条与横轴重合的水平线。两条曲线的交点即工作点。显然,这时的VDSN=0V,由于电路的输出VO=VDSN,故VOL=0V(典型值<10mV),而通过两管的电流接近于零。这就是说,电路的功耗很小(微瓦数量级)。
图3分析了另一种极限情况,此时对应于vI=0V,其工作状态示于图3(b)中。此时工作管TN在vGSN=0的情况下运用,其输出特性iD-vDS几乎与横轴重合,负载曲线是负载管Tp在vGSP=VDD时的输出特性iD-vDS。由图可知,工作点决定了VOH≈VDD;通过两器件的电流接近于零值。可见上述两种极限情况下的功耗都很低。
由此可知,基本CMOS反相器近似于理想的逻辑单元,其输出电压接近于零或+VDD,而功耗几乎为零。
3. 工作速度
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GMT+8, 2023-3-10 13:47