① 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。
② 電吉他電路加那些是做什麼用的
所謂效果器，顧名思義，給音色施加effect(效果、影響)，不僅是電吉他，許多樂器、合唱等都使用它，當您聽到的音樂，基本上都是經過加工而製成的。而不經過加工的音樂（no，effector）就給人一種美中不足的感覺。可以說效果器在音樂的構成中，已經是必不可少的了。
在此，就電吉他所使用的代表性的效果器作一解說。作為有效地使用效果器的入門指南，希望在製造出優質音響的同時，能把這作為研究效果器在其他樂器中的蔽掘使用方法，在構成音樂全體中效果器的理想狀態等方面問題的第一步。
吉他演奏如果只能彈奏頌伍的話，是不能稱為合格的。彈奏曲子、樂句時，必須能迅速定出與彈奏本人的個性相適合的音色來。如果音色、音量錯了，好好的樂句就成了毫無意義的東西，又破壞了它的協調性（統一性）。
目前，效果器的品種有增多的趨勢，為適應各種流派的搖滾樂隊需要，同一品種的效果器又分出許多花式規格，形式也多樣化。有的效果器是直接安裝在電吉他上的；有的裝在音箱里；有的製成掛在腰間使用，多數製成踏板式，各有它的長處又各有不足。
大家知道，電吉他樂手在演奏中，不能有瞬間的中斷（脫袖子）、除非樂曲標有休止符，否則是不能伸手去調校效果器的。
實際使用過程中證明，以腳踏式效果器最方便，尤以單個的踏板式效果器最受青睞，它可以自由組合、任意變化。我國市場上常見的效果器牌子有雅馬哈（YAMAHA）、博斯（BOSS）、依班挪（IBANEZ）、羅蘭（ROLAND）、愛利亞（ARIA）、搖滾巨星（ROCKTEK）、亞里安（ARION）以及國產的野馬牌（YEMA）等。有金屬外殼和塑殼的，造型各異，品質與性能略有不同，價格相差近信，選購時以實際操作試聽妥。多數效果器與使用的電吉他和音箱有關，選購時必須確認電吉他與音箱良好，並調到正常狀態，才能作出比較。無論什麼牌子的效果器，為適應各種電吉他和音箱的要求，有幾項主要電氣性能基本上是一致的，例如：電源電壓直流9伏（電池用6F22型）、輸入阻抗200～470ho．輸出阻抗10k民最大輸入電子1伏，最大輸出電平1伏、雜訊電平小於50～110分貝、插孔規格伽．25mm，消耗電流1．5～50毫安培。雖然會有較大誤差，但超過許多或試聽時出現異常，應考慮是否品質不良造成。
業余條件下選購時應注意以下幾點：
（1）外觀無損、文字清晰。
（2）各開關、旋鈕、插孔可靠、調整順滑、有效。
（3）效果作用明顯、音質好、無較大的雜音、放置平穩（腳踏式）。
現將常用踏板式效果器作用與特點簡介如下，供選用時參考：
失真器（Distortion）
俗稱沙聲器。早期的法鼓器（F。一演變而來。是一種將電吉他聲音故意造成嚴重失真，使聲音變成沙啞的裝置。電吉他聲音通過失真器的調變之後，可產生柔軟的沙啞聲或清脆刺耳的沙聲。持續音很長以延長音符時值。有「電的薩克斯」之稱，是搖滾樂用得最多的一種效果器，常在歌曲的前奏、問麥、結尾、華彩獨奏中加入，也用於摹仿初、響弦小鼓燈節奏，發「查，查」聲，演奏手法多變，不—一列舉。近年來，這一效果器又有了新的發展，名堂甚多。例僅超反饋失真、重金屬失真、渦輪失真、管爆失真、強烈亮度失真，其主流是音色趨向尖、硬、亮、強、嚎方向發展；以增強刺激。
驅動器（OverDrive）
超速驅動器、激勵器。利用適度的畸變（失真）、產生管樂般失真效果，模擬管樂音色。常用於電吉他主旋律領奏、前奏、問奏、結尾等中加入。可產生從柔和圓潤到金屬般的激昂的管或壓縮器（Comvresso，是一種能夠壓縮高電平、提升低電平，具有改變或放大波形作用的效果器。它與失真器不同的是提供不失真的多種彈奏音色，並能延長音符或縮短音符的時值，可產生打擊音或長延音。
合唱（Chorus）
又稱和聲器，是利用BBD電路，使聲波產生延遲後與正常聲波混和，通主、右兩個聲道輸出，從而使電吉他的聲音左右游移回盪、柔美寬廣像混聲大合唱的效果。如果只用一個輸出端則立體大合唱效果較差。合唱效果器常用於彈奏分解和弦或和弦伴奏。它那輕柔飄逸，縹緲回盪的聲音給人以抒情的感受。
移相器（Phaser）
是利用經過移相的聲波與原聲波之間互相干涉作用，使聲音產生頗震、固族飄逸效果。它與合唱器不同的是聲音具有顏震感。早期用得較多的效果器之一。
弗蘭格（Flanger）
又稱哇音器。它的電路原理基本與合唱相同，加了反饋野並或電路。是一種產生額震音響的效果器，它與合唱不同的是聲音具有旋轉、飄逸、晚代感覺，緩慢時如太空夢幻、悠悠鍾聲。快速時發水波聲或發雞哇音，也能產生強烈如噴氣發動機聲。音色變化較多。常用於在樂曲（歌曲伴奏）中添加特效，以增強藝術感染力。
延時器（Delay）
是產生混響或回聲的效果器。有模擬延時器，數字延時器、混響器等c它們的原理基本相同，廣泛用於舞台音響，卡拉OK。延遲時間可以從50毫秒到1秒以上，電吉他用的延時器一般為20～476毫秒之間，時間短產生混響效果（大廳效應人時間長則產生回聲（山谷效應人電吉他通過延時器之後聲音豐富、飽滿、有空間感。回聲，則常用於電吉他演奏最高潮時最末一個音符加入，以便出現幾個反射回聲，情似對山谷呼喊。
哇音器（WAH）
不同於弗蘭格。它的發音好似張嘴與合嘴產生的雞——哇或哇——鳴聲。緩慢時像人們切切絲語，快速時像青蛙叫，用於電吉他演奏詼偕、活潑的樂曲。也可U調出像拉弦樂器的音調，例如：國際朝陽電子樂隊演奏的《戈文達》一曲，就用了這種效果。
均衡器（Equalize)
又稱頻率補償器、參數均衡器、用於調整電吉他的頻響曲線。由於電吉他的頻帶中心比一般擴音機低二個信頻程．哪從業＊E下降到250H助，一般的擴音機音調控制器無法調整電吉他的中、高音區。只有專用的均衡器才能勝任。同時，均衡器可以設定電吉他的音調狀態，以便在樂曲中的某一段表現明亮歡快或深沉寬厚的色彩，需要加入時只要踩一下開關即可十分方便。
音色提升（TOneB00Ate）
是提升電吉他高頻段的裝置、躍升量達20分貝。它不同於均衡器可任意調整全頻帶而只提升高音。常用於領奏時突出表現電吉他明亮歡快的音色，強調金屬音。在用失真器進行迎泰華彩樂段時，同時加入這一效果，更具強烈明亮的金屬音色彩。八度音，可將電吉他的音程降低一個或二個八度的裝置，以擴展電吉他在低音區的表現，可像電信司那樣演奏。
音量踏板（P刨alVolume）
雖然在電吉他面板上或音箱上都有音量控制器，但這里的音量踏板用途有別於一般的音量控制器，它是作為表情踏板使用的。樂譜中標有強弱音記號時如＊《或PPP等。就要用音量踏板控制音量的起伏變化。在搖滾電吉他奏法中在一種volume奏法（音量奏法），是利用音量踏板或用右手小指旋轉電吉他上的音量電位器，彈出沒有音頭而音量漸增的聲音，像拉小提琴，有若隱若現的感覺。只要會利用還可產生其他效果。
限幅器（Timiter）
用於排除電吉他信號在傳輸中出現的過載或不良瞬變發生，當電平仍然超值時，內設的壓控放大器（VCA）bo以壓縮，使聲音不產生嚴重失真。
雜訊門（NOISE-Gate）
當電路接線過長，效果器串聯過多，能消除不良哼聲和雜訊，使電吉他的聲音保持純凈優美。
③ 門電路的抗干擾能力取決於什麼
門電路的抗干擾能力取決於雜訊容限。
雜訊容限（英語：Noise Margin）是指在前一極輸出為最壞的情況下，專為保證後一極正常工作，所允許的最大雜訊幅度。在數字電路中，一般常以「1」態下（上）限雜訊容限和「0」態上（下）限雜訊容限中的最小值來表示電路（或元件）的雜訊容限。噪屬聲容限越大說明容許的雜訊越大，電路的抗干擾性越好。