2022-2023学年高二物理竞赛课件：CMOS反相器的电路结构和工作原理

CMOS反相器的电路结构和工作原理 图3.3.10 CMOS反相器电路 CMOS反相器的电路结构和工作原理 它们的开启电压分别为 VGS（th）P、VGS（th）N，且 VGS（th）P＝VGS（th）N ， 并设VDD>|VGS（th)P|+VGS(th)N， 工作原理 当vI＝VIL＝0为低电平时，T2截止， T1管导通，输出电压为高电平，即 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 当vI＝VIH＝VDD为高电平时，T2导通， T1管截止，输出电压为低电平，即 图3.3.10 CMOS反相器电路 特点 1. 无论 vI 是高电平还是低电平，T1和T2管总是一个导通一个截止的工作状态，称为互补，这种电路结构CMOS电路； 2. 由于无论输入为低电平还是高电平， T1和T2总是有一个截止的，其截止电阻很高，故流过T1和T2的静态电流很小，故其静态功耗很小。 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 二、电压传输特性和电流传输特性 反相器电压传输特性是输出电压vo和输入vI之间的关系曲线，如图3.3.11所示。并设 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 图3.3.11 CMOS反相器的电压传输特性 1. 电压传输特性 AB段：输入低电平 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 T1管导通，T2截止，输出电压为高电平，即 CD段：输入高电平 图3.3.11 CMOS反相器的电压传输特性 T1管截止，T2导通，输出电压为低电平，即 BC段： 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 图3.3.11 CMOS反相器的电压传输特性 T1、T2同时导通，若T1、T2参数完全相同，则 2.电流传输特性 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 图3.3.12 CMOS反相器的电流传输特性 AB段：输入低电平 T1管导通，T2截止，输出漏极电流近似为零 电流传输特性是反相器的漏极电流随输入电压变化曲线，如图3.3.12所示。也分成三段： 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 CD段：输入高电平 T1管截止，T2导通，输出漏极电流近似为零 图3.3.12 CMOS反相器的电流传输特性 BC段： 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 图3.3.12 CMOS反相器的电流传输特性 T1、T2同时导通，有电流iD同时通过，且在 vI＝VDD / 2附近处，漏极电流最大，故在使用输入电压不应长时间工作在这段，以防由于功耗过大而损坏。 三、输入端噪声容限 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 图3.3.11 CMOS反相器的电压传输特性 由图3.3.11 CMOS反相器的电压传输特性可知，在输入电压vI偏离正常低电平或高电平时，输出电压vo并不随之马上改变，允许输入电压有一定的变化范围。 输入端噪声容限：是指在保证输出高、低电平基本不变（不超过规定范围）时，允许输入信号高、低电平的波动范围 1.定义： 2.计算方法 3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理 输入噪声容限分为输入高电平噪声容限VNH和输入低电平噪声容限VNL。图3.3.13给出计算输入噪声容限的方法。 图3.3.13 CMOS反相器输入噪声容限示意图 由图中可知，如果是多个门电路相连时，前一级门电路的输出即为后一级门电路的输入 $