我們在上節(jié)主要學習了邏輯表達，以及卡諾圖化簡方法。前面都還沒有談及電路和器件的內(nèi)容，我們可以理解為，前面講的都是數(shù)學邏輯層面的一些內(nèi)容。

本節(jié)開始我們將開啟電路與器件的內(nèi)容，主要是看如何通過電路與器件來實現(xiàn)前面的邏輯關(guān)系。本小節(jié)主要會聚焦在MOS管特性，由MOS管搭建的簡單邏輯器件，以及D觸發(fā)器器件。

內(nèi)容概括

這次為大家講述的內(nèi)容包括：

MOS管特性

MOS邏輯門

D觸發(fā)器

0****1

MOS管特性

mos管是金屬（metal）、氧化物（oxide）、半導體（semiconductor）的場效應晶體管，或者是金屬-絕緣體（insulator）、半導體。MOS管的源漏可以顛倒，都是形成在P型背柵中的N型區(qū)。大多數(shù)情況下，這兩個區(qū)域是相同的，即使兩端顛倒，也不會影響器件的性能。這種設(shè)備被認為是對稱的。

場效應晶體管 (FET) 將輸入電壓的變化轉(zhuǎn)換為輸出電流的變化。FET 的增益等于其跨導，定義為輸出電流變化與輸入電壓變化之比。市場上常見的有N溝道和P溝道。FET 通過在絕緣層上投射電場來影響流過晶體管的電流。事實上，沒有電流流過這個絕緣體，因此 FET 的柵極電流非常小。最常見的 FET 使用一層薄薄的二氧化硅作為 GATE 下方的絕緣體。這種晶體管稱為金屬氧化物半導體 (MOS) 晶體管或金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET)。由于 MOS 管有以下重要特性因此在很多應用中已經(jīng)取代了雙極晶體管。

• 導通特性

導通的意義是作為開關(guān)，相當于開關(guān)閉合。Vgs滿足一定條件就會導通。

• 損失特性

導通后均有導通電阻存在，電流就會被電阻消耗能量，這部分叫做導通損耗；小功率的管子導通電阻一般幾毫歐幾十毫歐，Vgs電壓不一樣電阻也不一樣。管子在導通和截止時，兩端電壓有個降落過程，電流有個上升過程，在這段時間內(nèi)管子的損失是電壓和電流的乘積，稱之為開關(guān)損失；通常開關(guān)損失比導通損失大很多，頻率越快，損失越大。縮短開關(guān)時間，降低開關(guān)頻率均能減小開關(guān)損失。

• 寄生電容驅(qū)動特性

柵極和源/漏級之間存在寄生電容，MOS管的驅(qū)動理論上是對電容的充放電；對電容的充電需要一個電流，由于電容充電瞬間可以看成短路，所以瞬間電流會比較大，所以選型時需要注意抗沖擊電流大小。

• 寄生二極管

漏極源極之間有個寄生二極管也叫做體二極管，在感性負載（馬達繼電器）應用中，主要用來保護回路。不過體二極管只在單個MOS管中，集成芯片中是沒有的。

• ** 轉(zhuǎn)移特性**

場效應管的轉(zhuǎn)移特性是指漏源電壓固定時，柵源電壓Vgs對漏極電流Id的控制特性；

02

MOS邏輯門

01

**CMOS互補門

**

靜態(tài)CMOS 門是上拉網(wǎng)絡(PUN)和下拉網(wǎng)絡（PDN）的組合，如圖1 所示。圖中顯示了一****個通用的N個輸人的邏輯門，它的所有輸人都同時分配到上拉和下拉網(wǎng)絡。PUN的作用是每當邏輯門的輸出意味著邏輯1時（取決于輸入）它將提供一條在輸出和 VDD之間的通路。同樣，PDN的作用是當邏輯門的輸出意味著邏輯0時把輸出連至 VSS。PUN 和PDN 網(wǎng)絡是以相互排斥的方式構(gòu)成的，即在穩(wěn)定狀態(tài)時兩個網(wǎng)絡中有且只有一個導通。這樣，一旦瞬態(tài)過程完成，總有一條路徑存在于 VDD和輸出端F之間（即高電平輸出“1”）或存在于 VSS和輸出端下之間(即低電平輸出〝0”）。這就是說，在穩(wěn)定狀態(tài)時輸出節(jié)點總是一個低阻節(jié)點。

** 圖1 PUN和PDN組成的互補CMOS門**

**我們以與非門為例子圖2 為一個二輸入與非門。PDN網(wǎng)絡由倆個串聯(lián)的NMOS器件構(gòu)成，在A和B均為高時導通。PUN是它的對偶網(wǎng)絡，由倆個并聯(lián)的PMOS構(gòu)成。這意味著，如果A=0或者B=0則F為1，這相當于 。同理在圖3中我們?yōu)榇蠹耶嫵隽嘶蚍情T的電路。**

與非門：上并下串（上為PMOS，下為NMOS）

圖2

或非門：上串下并

圖3

CMOS互補門主要是用來實現(xiàn)一種反邏輯，我們也可以在與非門/或者門之后增加一個反向邏輯（非門）來實現(xiàn)與門/或門的功能，反向器的電路在下面的圖中給大家畫出。

當然上面說的方法實現(xiàn)與/或門會使MOS管的數(shù)量增大很多，這里也為大家介紹一種使用較少MOS管實現(xiàn)與/或門的方法。

03

D觸發(fā)器

D 觸發(fā)器是一個具有記憶功能的，具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的信息存儲器件，是構(gòu)成多種時序電路的最基本邏輯單元，也是數(shù)字邏輯電路中一種重要的單元電路。因此，D 觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)和計算機中有著廣泛的應用。觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，即"0"和 "1"，在一定的外界信號作用下，可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。

**D 觸發(fā)器有集成觸發(fā)器和門電路組成的觸發(fā)器。觸發(fā)方式有電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)兩種，前者在CLK(時鐘脈沖)=1時即可觸發(fā)，后者多在CLK的邊沿（正跳變 0→1）觸發(fā)。D 觸發(fā)器的次態(tài)取決于觸發(fā)前D端的狀態(tài)，即次態(tài)=D。因此，它具有置 0、置 1 兩種功能。對于邊沿 D 觸發(fā)器，由于在 CLK=1 期間電路具有維持阻塞作用，所以在 CLK=1 期間，D 端的 數(shù)據(jù)狀態(tài)變化，不會影響觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。D 觸發(fā)器應用很廣，可用做數(shù)字信號的寄存，移位寄存，分頻和波形發(fā)生器等等。**

D觸發(fā)器真值表：

D觸發(fā)器時序圖：