全門電路設計

⑴ 基本門電路原理

實現基本和常用邏輯運算的電子電路，叫邏輯門電路。 在數字電路中，所謂"門"就是只能實現基本邏輯關系的電路。

邏輯門可以用電阻、電容、二極體、三極體等分立原件構成，成為分立元件門。也可以將門電路的所有器件及連接導線製作在同一塊半導體基片上，構成集成邏輯門電路

用以實現基本邏輯運算和復合邏輯運算的單元電路稱為門電路。常用的門電路在邏輯功能上有與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門，現分別把各個門電路介紹如下

一：與門

與門又稱"與電路"、邏輯"與"電路。是執行"與"運算的基本邏輯門電路。有多個輸入端，一個輸出端。當所有的輸入同時為高電平（邏輯1）時，輸出才為高電平，否則輸出為低電平（邏輯0）

基本邏輯門電路
基本邏輯門電路
二：或門：

或門又稱或電路、邏輯或電路。如果幾個條件中，只要有一個條件得到滿足，某事件就會發生，這種關系叫做"或"邏輯關系。具有"或"邏輯關系的電路叫做或門。或門有多個輸入端，一個輸出端，只要輸入中有一個為高電平時（邏輯"1"），輸出就為高電平（邏輯"1"）；只有當所有的輸入全為低電平（邏輯"0"）時，輸出才為低電平（邏輯"0"）。

基本邏輯門電路
基本邏輯門電路
三：非門

非門實現邏輯代數非的功能，即輸出始終和輸入保持相反。當輸入端為高電平（邏輯"1"）時，輸出端為低電平（邏輯"0"）；反之，當輸入端為低電平（邏輯"0"）時，輸出端則為高電平（邏輯"1"）。

基本邏輯門電路
基本邏輯門電路
四：與非門

與非門是與門和非門的結合，先進行與運算，再進行非運算。與非運算輸入要求有兩個，如果輸入都用0和1表示的話，那麼與運算的結果就是這兩個數的乘積。如1和1（兩端都有信號），則輸出為0；1和0，則輸出為1；0和0，則輸出為1。與非門的結果就是對兩個輸入信號先進行與運算，再對與運算結果進行非運算的結果。簡單說，與非與非，就是先與後非。

基本邏輯門電路
基本邏輯門電路
五：或非門

或非門是數字邏輯電路中的基本元件，實現邏輯或非功能。有多個輸入端，1個輸出端，多輸入或非門可由2輸入或非門和反相器構成。只有當兩個輸入A和B為低電平（邏輯0）時輸出為高電平（邏輯1）。也可以理解為任意輸入為高電平（邏輯1），輸出為低電平（邏輯0）。

基本邏輯門電路
基本邏輯門電路
六：異或門

異或門是數字邏輯中實現邏輯異或的邏輯門。有多個輸入端、1個輸出端，多輸入異或門可由2輸入異或門構成。若兩個輸入的電平相異，則輸出為高電平1；若兩個輸入的電平相同，則輸出為低電平0。亦即，如果兩個輸入不同，則異或門輸出高電平1。

雖然異或不是開關代數的基本運算之一，但是在實際運用中相當普遍地使用分立的異或門。大多數開關技術不能直接實現異或功能，而是使用多個門設計。

⑵ 什麼是門電路，最基本的門電路有哪些，門電路有何用途

用以實現基本邏輯運算和復合邏輯運算的單元電路稱為門電路。
常用的門電路在邏輯功能上有與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等幾種。
目前實際應用的門電路都是集成電路。在集成電路設計過程中，將復雜的邏輯函數轉換為具體的數字電路時，不管是手工設計還是EDA工具自動設計，通常要用到七種基本邏輯（與、或、非、與非、或非、同或、異或）的圖形表示，在電路術語中這些邏輯操作符號被稱作門，對應的具體電路就叫做門電路，包括某個基本邏輯或者多個基本邏輯組合的復雜邏輯。

比如實現取反功能的反相器，就叫做非門；實現「先與後反」功能的就是與非門，如下圖所示。與非門由兩個N管和兩個P管組成：P管並聯，一端接電源；N管串聯，一端接地。根據CMOS結構互補的思想，每個N管都會和一個P管組成一對，它們的柵極連在一起，作為與非門的輸入；輸出則在「串-並」結構的中間。當輸入端A、B中只要有一個為0時，下面接地的通路斷開，而上面接電源的通路導通，就輸出高電平1；而只有A、B同時為1時，才會使接地的兩個串聯NMOS管都導通，從而輸出低電平0。而這正是與非門的邏輯：只有兩個輸入都為1時，輸出為0；否則結果為1。
上述7種基本邏輯對應的門即為：與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門、同或門。

另外還有一個常用的基本門電路叫傳輸門，可以模擬「開關」的動作，當然也是由MOS-FET組成的，利用了其柵電壓控制MOS管導通的原理；當CP為1，A的數據可以傳到B端，當CP為0時，其內部晶體管截止，可以把電路中的通路臨時關斷。它們的邏輯符號如右圖所示。
門電路幾乎可以組成數字電路裡面任何一種復雜的功能電路，包括類似於加法、乘法的運算電路，或者寄存器等具有存儲功能的電路，以及各種自由的控制邏輯電路，都是由基本的門電路組合而成的。
門電路輸出端的電路結構有三種型式：有源負載推拉式(或互補式)輸出、集電極(或漏極)開路輸出和三態輸出。
推拉式輸出的門電路一般用於完成邏輯運算。集電極開路的門電路(OC門)在實現一定邏輯功能的同時，還能實現電平變換或驅動較高電壓、較大電流的負載：可以把兩個門的輸出端直接並聯，實現邏輯與的功能(稱「線與」聯接)。三態輸出門廣泛應用於和系統匯流排的聯接以及實現信號雙向傳輸等方面。

⑶ 用邏輯門電路設計八位二進制全加器，求圖，最好告訴解析一下

要全用邏輯門做全加器，那是要用上九十多枚四款不同的門電路才行，聽起來並不符合經濟效益，也費時失事；其實，現成的晶元就有四位元二進制的全加器，CMOS的有MC14008B，TTL的有74LS283，這兩個晶元的功能、封裝和引腳都完全相同，可互相替代，分別只是CMOS的耐壓更高，Vcc達18伏，但工作於5伏供電的場合絕無問題；而兩個四位元的串接起來就是八位元二進制全加器了，當中，最低位-LSB-b0是第一個的A1/B1/S1，最高位-MSB-b7是第二個的A4/B4/S4，第一個的進位輸入-Cin要接地，第二個的進位輸出-Cout空接就可以了。

⑷ 門電路詳細解說與用途

第五節 CMOS邏輯門電路
http://www.fjtu.com.cn/fjnu/courseware/0321/course/_source/web/lesson/char2/j6.htm 看看把

CMOS邏輯門電路是在TTL電路問世之後 ，所開發出的第二種廣泛應用的數字集成器件，從發展趨勢來看，由於製造工藝的改進，CMOS電路的性能有可能超越TTL而成為佔主導地位的邏輯器件 。CMOS電路的工作速度可與TTL相比較，而它的功耗和抗干擾能力則遠優於TTL。此外，幾乎所有的超大規模存儲器件 ，以及PLD器件都採用CMOS藝製造，且費用較低。
早期生產的CMOS門電路為4000系列 ，隨後發展為4000B系列。當前與TTL兼容的CMO器件如74HCT系列等可與TTL器件交換使用。下面首先討論CMOS反相器，然後介紹其他CMO邏輯門電路。

MOS管結構圖

MOS管主要參數：

1.開啟電壓VT
·開啟電壓（又稱閾值電壓）：使得源極S和漏極D之間開始形成導電溝道所需的柵極電壓；
·標準的N溝道MOS管，VT約為3～6V；
·通過工藝上的改進，可以使MOS管的VT值降到2～3V。

2. 直流輸入電阻RGS
·即在柵源極之間加的電壓與柵極電流之比
·這一特性有時以流過柵極的柵流表示
·MOS管的RGS可以很容易地超過1010Ω。

3. 漏源擊穿電壓BVDS
·在VGS=0（增強型）的條件下 ，在增加漏源電壓過程中使ID開始劇增時的VDS稱為漏源擊穿電壓BVDS
·ID劇增的原因有下列兩個方面：
（1）漏極附近耗盡層的雪崩擊穿
（2）漏源極間的穿通擊穿
·有些MOS管中，其溝道長度較短，不斷增加VDS會使漏區的耗盡層一直擴展到源區，使溝道長度為零，即產生漏源間的穿通，穿通後
，源區中的多數載流子，將直接受耗盡層電場的吸引，到達漏區，產生大的ID

4. 柵源擊穿電壓BVGS
·在增加柵源電壓過程中，使柵極電流IG由零開始劇增時的VGS，稱為柵源擊穿電壓BVGS。

5. 低頻跨導gm
·在VDS為某一固定數值的條件下 ，漏極電流的微變數和引起這個變化的柵源電壓微變數之比稱為跨導
·gm反映了柵源電壓對漏極電流的控制能力
·是表徵MOS管放大能力的一個重要參數
·一般在十分之幾至幾mA/V的范圍內

6. 導通電阻RON
·導通電阻RON說明了VDS對ID的影響 ，是漏極特性某一點切線的斜率的倒數
·在飽和區，ID幾乎不隨VDS改變，RON的數值很大 ，一般在幾十千歐到幾百千歐之間
·由於在數字電路中 ，MOS管導通時經常工作在VDS=0的狀態下，所以這時的導通電阻RON可用原點的RON來近似
·對一般的MOS管而言，RON的數值在幾百歐以內

7. 極間電容
·三個電極之間都存在著極間電容：柵源電容CGS 、柵漏電容CGD和漏源電容CDS
·CGS和CGD約為1～3pF
·CDS約在0.1～1pF之間

8. 低頻雜訊系數NF
·雜訊是由管子內部載流子運動的不規則性所引起的
·由於它的存在，就使一個放大器即便在沒有信號輸人時，在輸 出端也出現不規則的電壓或電流變化
·雜訊性能的大小通常用雜訊系數NF來表示，它的單位為分貝（dB）
·這個數值越小，代表管子所產生的雜訊越小
·低頻雜訊系數是在低頻范圍內測出的雜訊系數
·場效應管的雜訊系數約為幾個分貝，它比雙極性三極體的要小

一、CMOS反相器

由本書模擬部分已知，MOSFET有P溝道和N溝道兩種，每種中又有耗盡型和增強型兩類。由N溝道和P溝道兩種MOSFET組成的電路稱為互補MOS或CMOS電路。
下圖表示CMOS反相器電路，由兩只增強型MOSFET組成，其中一個為N溝道結構，另一個為P溝道結構。為了電路能正常工作，要求電源電壓VDD大於兩個管子的開啟電壓的絕對值之和，即
VDD＞(VTN＋|VTP|) 。

1.工作原理

首先考慮兩種極限情況：當vI處於邏輯0時 ，相應的電壓近似為0V；而當vI處於邏輯1時，相應的電壓近似為VDD。假設在兩種情況下N溝道管 TN為工作管P溝道管TP為負載管。但是，由於電路是互補對稱的，這種假設可以是任意的，相反的情況亦將導致相同的結果。
下圖分析了當vI=VDD時的工作情況。在TN的輸出特性iD—vDS（vGSN＝VDD）(注意vDSN=vO)上 ，疊加一條負載線，它是負載管TP在 vSGP=0V時的輸出特性iD－vSD。由於vSGP＜VT（VTN=|VTP|=VT），負載曲線幾乎是一條與橫軸重合的水平線。兩條曲線的交點即工作點。顯然，這時的輸出電壓vOL≈0V（典型值＜10mV ，而通過兩管的電流接近於零。這就是說，電路的功耗很小（微瓦量級）

下圖分析了另一種極限情況，此時對應於vI＝0V。此時工作管TN在vGSN＝0的情況下運用，其輸出特性iD－vDS幾乎與橫軸重合 ，負載曲線是負載管TP在vsGP＝VDD時的輸出特性iD－vDS。由圖可知，工作點決定了VO＝VOH≈VDD；通過兩器件的電流接近零值 。可見上述兩種極限情況下的功耗都很低。

由此可知，基本CMOS反相器近似於一理想的邏輯單元，其輸出電壓接近於零或+VDD，而功耗幾乎為零。

2.傳輸特性

下圖為CMOS反相器的傳輸特性圖。圖中VDD=10V，VTN=|VTP|=VT=
2V。由於 VDD＞（VTN＋|VTP|），因此，當VDD-|VTP|>vI>VTN 時,TN和TP兩管同時導通。考慮到電路是互補對稱的，一器件可將另一器件視為它的漏極負載。還應注意到，器件在放大區（飽和區）呈現恆流特性，兩器件之一可當作高阻值的負載。因此，在過渡區域，傳輸特性變化比較急劇。兩管在VI=VDD/2處轉換狀態。

3.工作速度

CMOS反相器在電容負載情況下，它的開通時間與關閉時間是相等的，這是因為電路具有互補對稱的性質。下圖表示當vI=0V時 ，TN截止，TP導通，由VDD通過TP向負載電容CL充電的情況。由於CMOS反相器中，兩管的gm值均設計得較大，其導通電阻較小，充電迴路的時間常數較小。類似地，亦可分析電容CL的放電過程。CMOS反相器的平均傳輸延遲時間約為10ns。

二、CMOS門電路

1.與非門電路

下圖是2輸入端CMOS與非門電路，其中包括兩個串聯的N溝道增強型MOS管和兩個並聯的P溝道增強型MOS管。每個輸入端連到一個N溝道和一個P溝道MOS管的柵極。當輸入端A、B中只要有一個為低電平時，就會使與它相連的NMOS管截止，與它相連的PMOS管導通，輸出為高電平；僅當A、B全為高電平時，才會使兩個串聯的NMOS管都導通，使兩個並聯的PMOS管都截止，輸出為低電平。

因此，這種電路具有與非的邏輯功能，即
n個輸入端的與非門必須有n個NMOS管串聯和n個PMOS管並聯。

2.或非門電路

下圖是2輸入端CMOS或非門電路。其中包括兩個並聯的N溝道增強型MOS管和兩個串聯的P溝道增強型MOS管。

當輸入端A、B中只要有一個為高電平時，就會使與它相連的NMOS管導通，與它相連的PMOS管截止，輸出為低電平；僅當A、B全為低電平時，兩個並聯NMOS管都截止，兩個串聯的PMOS管都導通，輸出為高電平。
因此，這種電路具有或非的邏輯功能，其邏輯表達式為

顯然，n個輸入端的或非門必須有n個NMOS管並聯和n個PMOS管並聯。
比較CMOS與非門和或非門可知，與非門的工作管是彼此串聯的，其輸出電壓隨管子個數的增加而增加；或非門則相反，工作管彼此並聯，對輸出電壓不致有明顯的影響。因而或非門用得較多。

3.異或門電路

上圖為CMOS異或門電路。它由一級或非門和一級與或非門組成。或非門的輸出。而與或非門的輸出L即為輸入A、B的異或

如在異或門的後面增加一級反相器就構成異或非門，由於具有的功能，因而稱為同或門。異成門和同或門的邏輯符號如下圖所示。

三、BiCMOS門電路

雙極型CMOS或BiCMOS的特點在於，利用了雙極型器件的速度快和MOSFET的功耗低兩方面的優勢，因而這種邏輯門電路受到用戶的重視
。

1.BiCMOS反相器

上圖表示基本的BiCMOS反相器電路，為了清楚起見，MOSFET用符號M表示BJT用T表示。T1和T2構成推拉式輸出級。而Mp、MN、M1、M2所組成的輸入級與基本的CMOS反相器很相似。輸入信號vI同時作用於MP和MN的柵極。當vI為高電壓時MN導通而MP截止；而當vI為低電壓時,情況則相反，Mp導通，MN截止。當輸出端接有同類BiCMOS門電路時，輸出級能提供足夠大的電流為電容性負載充電。同理，已充電的電容負載也能迅速地通過T2放電。
上述電路中T1和T2的基區存儲電荷亦可通過M1和M2釋放，以加快
電路的開關速度。當vI為高電壓時M1導通，T1基區的存儲電荷迅速消散。這種作用與TTL門電路的輸入級中T1類似。同理 ，當vI為低電壓時，電源電壓VDD通過MP以激勵M2使M2導通，顯然T2基區的存儲電荷通過M2而消散。可見，門電路的開關速度可得到改善。

2.BiCMOS門電路

根據前述的CMOS門電路的結構和工作原理，同樣可以用BiCMOS技術實現或非門和與非門。如果要實現或非邏輯關系，輸入信號用來驅動並聯的N溝道MOSFET，而P溝道MOSFET則彼此串聯。正如下圖所示的
2輸入端或非門。

當A和B均為低電平時，則兩個MOSFET MPA和MPB均導通，T1導通而MNA和MNB均截止，輸出L為高電平。與此同時，M1通過MPA和MpB被VDD所激勵，從而為T2的基區存儲電荷提供一條釋放通路。
另一方面，當兩輸入端A和B中之一為高電平時 ，則MpA和MpB的通路被斷開，並且MNA或MNB導通，將使輸出端為低電平。同時，M1A或M1B為T1的基極存儲電荷提供一條釋放道路。因此 ，只要有一個輸入端接高電平，輸出即為低電平。

四、CMOS傳輸門

MOSFET的輸出特性在原點附近呈線性對稱關系，因而它們常用作模擬開關。模擬開關廣泛地用於取樣——保持電路、斬波電路、模數和數模轉換電路等。下面著重介紹CMOS傳輸門。

所謂傳輸門（TG）就是一種傳輸模擬信號的模擬開關。CMOS傳輸門由一個P溝道和一個N溝道增強型MOSFET並聯而成，如上圖所示。TP和TN是結構對稱的器件，它們的漏極和源極是可互換的。設它們的開啟電壓|VT|=2V且輸入模擬信號的變化范圍為-5V到+5V 。為使襯底與漏源極之間的PN結任何時刻都不致正偏 ，故TP的襯底接+5V電壓，而TN的襯底接-5V電壓 。兩管的柵極由互補的信號電壓（+5V和-5V）來控制，分別用C和表示。
傳輸門的工作情況如下：當C端接低電壓-5V時TN的柵壓即為-5V，vI取-5V到+5V范圍內的任意值時，TN均不導通。同時,TP的柵壓為+5V
，TP亦不導通。可見，當C端接低電壓時，開關是斷開的。
為使開關接通，可將C端接高電壓+5V。此時TN的柵壓為+5V ，vI在-5V到+3V的范圍內，TN導通。同時TP的棚壓為-5V ，vI在-3V到+5V的范圍內TP將導通。
由上分析可知，當vI＜-3V時，僅有TN導通，而當vI＞+3V時，僅有TP導通當vI在-3V到+3V的范圍內，TN和TP兩管均導通。進一步分析
還可看到，一管導通的程度愈深，另一管的導通程度則相應地減小。換句話說，當一管的導通電阻減小，則另一管的導通電阻就增加。由於兩管系並聯運行，可近似地認為開關的導通電阻近似為一常數。這是CMOS傳輸出門的優點。
在正常工作時，模擬開關的導通電阻值約為數百歐，當它與輸入阻抗為兆歐級的運放串接時，可以忽略不計。
CMOS傳輸門除了作為傳輸模擬信號的開關之外，也可作為各種邏輯電路的基本單元電路。

⑸ 門電路工作原理

第五節 CMOS邏輯門電路
http://www.fjtu.com.cn/fjnu/courseware/0321/course/_source/web/lesson/char2/j6.htm 看看把

CMOS邏輯門電路是在TTL電路問世之後 ，所開發出的第二種廣泛應用的數字集成器件，從發展趨勢來看，由於製造工藝的改進，CMOS電路的性能有可能超越TTL而成為佔主導地位的邏輯器件 。CMOS電路的工作速度可與TTL相比較，而它的功耗和抗干擾能力則遠優於TTL。此外，幾乎所有的超大規模存儲器件 ，以及PLD器件都採用CMOS藝製造，且費用較低。
早期生產的CMOS門電路為4000系列 ，隨後發展為4000B系列。當前與TTL兼容的CMO器件如74HCT系列等可與TTL器件交換使用。下面首先討論CMOS反相器，然後介紹其他CMO邏輯門電路。

MOS管結構圖

MOS管主要參數：

1.開啟電壓VT
·開啟電壓（又稱閾值電壓）：使得源極S和漏極D之間開始形成導電溝道所需的柵極電壓；
·標準的N溝道MOS管，VT約為3～6V；
·通過工藝上的改進，可以使MOS管的VT值降到2～3V。

2. 直流輸入電阻RGS
·即在柵源極之間加的電壓與柵極電流之比
·這一特性有時以流過柵極的柵流表示
·MOS管的RGS可以很容易地超過1010Ω。

3. 漏源擊穿電壓BVDS
·在VGS=0（增強型）的條件下 ，在增加漏源電壓過程中使ID開始劇增時的VDS稱為漏源擊穿電壓BVDS
·ID劇增的原因有下列兩個方面：
（1）漏極附近耗盡層的雪崩擊穿
（2）漏源極間的穿通擊穿
·有些MOS管中，其溝道長度較短，不斷增加VDS會使漏區的耗盡層一直擴展到源區，使溝道長度為零，即產生漏源間的穿通，穿通後
，源區中的多數載流子，將直接受耗盡層電場的吸引，到達漏區，產生大的ID

4. 柵源擊穿電壓BVGS
·在增加柵源電壓過程中，使柵極電流IG由零開始劇增時的VGS，稱為柵源擊穿電壓BVGS。

5. 低頻跨導gm
·在VDS為某一固定數值的條件下 ，漏極電流的微變數和引起這個變化的柵源電壓微變數之比稱為跨導
·gm反映了柵源電壓對漏極電流的控制能力
·是表徵MOS管放大能力的一個重要參數
·一般在十分之幾至幾mA/V的范圍內

6. 導通電阻RON
·導通電阻RON說明了VDS對ID的影響 ，是漏極特性某一點切線的斜率的倒數
·在飽和區，ID幾乎不隨VDS改變，RON的數值很大 ，一般在幾十千歐到幾百千歐之間
·由於在數字電路中 ，MOS管導通時經常工作在VDS=0的狀態下，所以這時的導通電阻RON可用原點的RON來近似
·對一般的MOS管而言，RON的數值在幾百歐以內

7. 極間電容
·三個電極之間都存在著極間電容：柵源電容CGS 、柵漏電容CGD和漏源電容CDS
·CGS和CGD約為1～3pF
·CDS約在0.1～1pF之間

8. 低頻雜訊系數NF
·雜訊是由管子內部載流子運動的不規則性所引起的
·由於它的存在，就使一個放大器即便在沒有信號輸人時，在輸 出端也出現不規則的電壓或電流變化
·雜訊性能的大小通常用雜訊系數NF來表示，它的單位為分貝（dB）
·這個數值越小，代表管子所產生的雜訊越小
·低頻雜訊系數是在低頻范圍內測出的雜訊系數
·場效應管的雜訊系數約為幾個分貝，它比雙極性三極體的要小

一、CMOS反相器

由本書模擬部分已知，MOSFET有P溝道和N溝道兩種，每種中又有耗盡型和增強型兩類。由N溝道和P溝道兩種MOSFET組成的電路稱為互補MOS或CMOS電路。
下圖表示CMOS反相器電路，由兩只增強型MOSFET組成，其中一個為N溝道結構，另一個為P溝道結構。為了電路能正常工作，要求電源電壓VDD大於兩個管子的開啟電壓的絕對值之和，即
VDD＞(VTN＋|VTP|) 。

1.工作原理

首先考慮兩種極限情況：當vI處於邏輯0時 ，相應的電壓近似為0V；而當vI處於邏輯1時，相應的電壓近似為VDD。假設在兩種情況下N溝道管 TN為工作管P溝道管TP為負載管。但是，由於電路是互補對稱的，這種假設可以是任意的，相反的情況亦將導致相同的結果。
下圖分析了當vI=VDD時的工作情況。在TN的輸出特性iD—vDS（vGSN＝VDD）(注意vDSN=vO)上 ，疊加一條負載線，它是負載管TP在 vSGP=0V時的輸出特性iD－vSD。由於vSGP＜VT（VTN=|VTP|=VT），負載曲線幾乎是一條與橫軸重合的水平線。兩條曲線的交點即工作點。顯然，這時的輸出電壓vOL≈0V（典型值＜10mV ，而通過兩管的電流接近於零。這就是說，電路的功耗很小（微瓦量級）

下圖分析了另一種極限情況，此時對應於vI＝0V。此時工作管TN在vGSN＝0的情況下運用，其輸出特性iD－vDS幾乎與橫軸重合 ，負載曲線是負載管TP在vsGP＝VDD時的輸出特性iD－vDS。由圖可知，工作點決定了VO＝VOH≈VDD；通過兩器件的電流接近零值 。可見上述兩種極限情況下的功耗都很低。

由此可知，基本CMOS反相器近似於一理想的邏輯單元，其輸出電壓接近於零或+VDD，而功耗幾乎為零。

2.傳輸特性

下圖為CMOS反相器的傳輸特性圖。圖中VDD=10V，VTN=|VTP|=VT=
2V。由於 VDD＞（VTN＋|VTP|），因此，當VDD-|VTP|>vI>VTN 時,TN和TP兩管同時導通。考慮到電路是互補對稱的，一器件可將另一器件視為它的漏極負載。還應注意到，器件在放大區（飽和區）呈現恆流特性，兩器件之一可當作高阻值的負載。因此，在過渡區域，傳輸特性變化比較急劇。兩管在VI=VDD/2處轉換狀態。

3.工作速度

CMOS反相器在電容負載情況下，它的開通時間與關閉時間是相等的，這是因為電路具有互補對稱的性質。下圖表示當vI=0V時 ，TN截止，TP導通，由VDD通過TP向負載電容CL充電的情況。由於CMOS反相器中，兩管的gm值均設計得較大，其導通電阻較小，充電迴路的時間常數較小。類似地，亦可分析電容CL的放電過程。CMOS反相器的平均傳輸延遲時間約為10ns。

二、CMOS門電路

1.與非門電路

下圖是2輸入端CMOS與非門電路，其中包括兩個串聯的N溝道增強型MOS管和兩個並聯的P溝道增強型MOS管。每個輸入端連到一個N溝道和一個P溝道MOS管的柵極。當輸入端A、B中只要有一個為低電平時，就會使與它相連的NMOS管截止，與它相連的PMOS管導通，輸出為高電平；僅當A、B全為高電平時，才會使兩個串聯的NMOS管都導通，使兩個並聯的PMOS管都截止，輸出為低電平。

因此，這種電路具有與非的邏輯功能，即
n個輸入端的與非門必須有n個NMOS管串聯和n個PMOS管並聯。

2.或非門電路

下圖是2輸入端CMOS或非門電路。其中包括兩個並聯的N溝道增強型MOS管和兩個串聯的P溝道增強型MOS管。

當輸入端A、B中只要有一個為高電平時，就會使與它相連的NMOS管導通，與它相連的PMOS管截止，輸出為低電平；僅當A、B全為低電平時，兩個並聯NMOS管都截止，兩個串聯的PMOS管都導通，輸出為高電平。
因此，這種電路具有或非的邏輯功能，其邏輯表達式為

顯然，n個輸入端的或非門必須有n個NMOS管並聯和n個PMOS管並聯。
比較CMOS與非門和或非門可知，與非門的工作管是彼此串聯的，其輸出電壓隨管子個數的增加而增加；或非門則相反，工作管彼此並聯，對輸出電壓不致有明顯的影響。因而或非門用得較多。

3.異或門電路

上圖為CMOS異或門電路。它由一級或非門和一級與或非門組成。或非門的輸出。而與或非門的輸出L即為輸入A、B的異或

如在異或門的後面增加一級反相器就構成異或非門，由於具有的功能，因而稱為同或門。異成門和同或門的邏輯符號如下圖所示。

三、BiCMOS門電路

雙極型CMOS或BiCMOS的特點在於，利用了雙極型器件的速度快和MOSFET的功耗低兩方面的優勢，因而這種邏輯門電路受到用戶的重視
。

1.BiCMOS反相器

上圖表示基本的BiCMOS反相器電路，為了清楚起見，MOSFET用符號M表示BJT用T表示。T1和T2構成推拉式輸出級。而Mp、MN、M1、M2所組成的輸入級與基本的CMOS反相器很相似。輸入信號vI同時作用於MP和MN的柵極。當vI為高電壓時MN導通而MP截止；而當vI為低電壓時,情況則相反，Mp導通，MN截止。當輸出端接有同類BiCMOS門電路時，輸出級能提供足夠大的電流為電容性負載充電。同理，已充電的電容負載也能迅速地通過T2放電。
上述電路中T1和T2的基區存儲電荷亦可通過M1和M2釋放，以加快
電路的開關速度。當vI為高電壓時M1導通，T1基區的存儲電荷迅速消散。這種作用與TTL門電路的輸入級中T1類似。同理 ，當vI為低電壓時，電源電壓VDD通過MP以激勵M2使M2導通，顯然T2基區的存儲電荷通過M2而消散。可見，門電路的開關速度可得到改善。

2.BiCMOS門電路

根據前述的CMOS門電路的結構和工作原理，同樣可以用BiCMOS技術實現或非門和與非門。如果要實現或非邏輯關系，輸入信號用來驅動並聯的N溝道MOSFET，而P溝道MOSFET則彼此串聯。正如下圖所示的
2輸入端或非門。

當A和B均為低電平時，則兩個MOSFET MPA和MPB均導通，T1導通而MNA和MNB均截止，輸出L為高電平。與此同時，M1通過MPA和MpB被VDD所激勵，從而為T2的基區存儲電荷提供一條釋放通路。
另一方面，當兩輸入端A和B中之一為高電平時 ，則MpA和MpB的通路被斷開，並且MNA或MNB導通，將使輸出端為低電平。同時，M1A或M1B為T1的基極存儲電荷提供一條釋放道路。因此 ，只要有一個輸入端接高電平，輸出即為低電平。

四、CMOS傳輸門

MOSFET的輸出特性在原點附近呈線性對稱關系，因而它們常用作模擬開關。模擬開關廣泛地用於取樣——保持電路、斬波電路、模數和數模轉換電路等。下面著重介紹CMOS傳輸門。

所謂傳輸門（TG）就是一種傳輸模擬信號的模擬開關。CMOS傳輸門由一個P溝道和一個N溝道增強型MOSFET並聯而成，如上圖所示。TP和TN是結構對稱的器件，它們的漏極和源極是可互換的。設它們的開啟電壓|VT|=2V且輸入模擬信號的變化范圍為-5V到+5V 。為使襯底與漏源極之間的PN結任何時刻都不致正偏 ，故TP的襯底接+5V電壓，而TN的襯底接-5V電壓 。兩管的柵極由互補的信號電壓（+5V和-5V）來控制，分別用C和表示。
傳輸門的工作情況如下：當C端接低電壓-5V時TN的柵壓即為-5V，vI取-5V到+5V范圍內的任意值時，TN均不導通。同時,TP的柵壓為+5V
，TP亦不導通。可見，當C端接低電壓時，開關是斷開的。
為使開關接通，可將C端接高電壓+5V。此時TN的柵壓為+5V ，vI在-5V到+3V的范圍內，TN導通。同時TP的棚壓為-5V ，vI在-3V到+5V的范圍內TP將導通。
由上分析可知，當vI＜-3V時，僅有TN導通，而當vI＞+3V時，僅有TP導通當vI在-3V到+3V的范圍內，TN和TP兩管均導通。進一步分析
還可看到，一管導通的程度愈深，另一管的導通程度則相應地減小。換句話說，當一管的導通電阻減小，則另一管的導通電阻就增加。由於兩管系並聯運行，可近似地認為開關的導通電阻近似為一常數。這是CMOS傳輸出門的優點。
在正常工作時，模擬開關的導通電阻值約為數百歐，當它與輸入阻抗為兆歐級的運放串接時，可以忽略不計。
CMOS傳輸門除了作為傳輸模擬信號的開關之外，也可作為各種邏輯電路的基本單元電路。

⑹ 急求門電路設計一個開關控制大的報警電路

我把做作業的時間拿來想，終於想起了....不知合你意不？

哎..我的作業啊...

圖：黑色線條為電阻，不要太大，長方形的那個是個也是導體，圓為那報警器。連接cd，當它上方的電阻通電後，因為通電導體帶磁性，就會吸引下方長方形的導體，使得連接在一起，這樣不會使電流通過報警器。