【正文】 3．1 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(qiáng)型兩類。由N溝道和P溝道兩種MOSFET組成的電路稱為互補(bǔ)MOS或CMOS電路?！　∠聢D表示CMOS反相器電路，由兩只增強(qiáng)型MOSFET組成，其中一個(gè)為N溝道結(jié)構(gòu)，另一個(gè)為P溝道結(jié)構(gòu)。為了電路能正常工作，要求電源電壓VDD大于兩個(gè)管子的開啟電壓的絕對(duì)值之和，即VDD＞(VTN＋|VTP|) ?！　∈紫瓤紤]兩種極限情況：當(dāng)vI處于邏輯0時(shí) ，相應(yīng)的電壓近似為0V；而當(dāng)vI處于邏輯1時(shí)，相應(yīng)的電壓近似為VDD。假設(shè)在兩種情況下N溝道管 TN為工作管P溝道管TP為負(fù)載管。但是，由于電路是互補(bǔ)對(duì)稱的，這種假設(shè)可以是任意的，相反的情況亦將導(dǎo)致相同的結(jié)果?！　∠聢D分析了當(dāng)vI=VDD時(shí)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(fù)載線，它是負(fù)載管TP在 vSGP=0V時(shí)的輸出特性iD－vSD。由于vSGP＜VT（VTN=|VTP|=VT），負(fù)載曲線幾乎是一條與橫軸重合的水平線。兩條曲線的交點(diǎn)即工作點(diǎn)。顯然，這時(shí)的輸出電壓vOL≈0V（典型值＜10mV ，而通過兩管的電流接近于零。這就是說，電路的功耗很小（微瓦量級(jí)）　　下圖分析了另一種極限情況，此時(shí)對(duì)應(yīng)于vI＝0V。此時(shí)工作管TN在vGSN＝0的情況下運(yùn)用，其輸出特性iD－vDS幾乎與橫軸重合 ，負(fù)載曲線是負(fù)載管TP在vsGP＝VDD時(shí)的輸出特性iD－vDS。由圖可知，工作點(diǎn)決定了VO＝VOH≈VDD；通過兩器件的電流接近零值 ?？梢娚鲜鰞煞N極限情況下的功耗都很低。 　　由此可知，基本CMOS反相器近似于一理想的邏輯單元，其輸出電壓接近于零或+VDD，而功耗幾乎為零。　　下圖為CMOS反相器的傳輸特性圖。圖中VDD=10V，VTN=|VTP|=VT=2V。由于 VDD＞（VTN＋|VTP|），因此，當(dāng)VDD|VTP|vIVTN 時(shí),TN和TP兩管同時(shí)導(dǎo)通?？紤]到電路是互補(bǔ)對(duì)稱的，一器件可將另一器件視為它的漏極負(fù)載。還應(yīng)注意到，器件在放大區(qū)（飽和區(qū)）呈現(xiàn)恒流特性，兩器件之一可當(dāng)作高阻值的負(fù)載。因此，在過渡區(qū)域，傳輸特性變化比較急劇。兩管在VI=VDD/2處轉(zhuǎn)換狀態(tài)?！　MOS反相器在電容負(fù)載情況下，它的開通時(shí)間與關(guān)閉時(shí)間是相等的，這是因?yàn)殡娐肪哂谢パa(bǔ)對(duì)稱的性質(zhì)。下圖表示當(dāng)vI=0V時(shí) ，TN截止，TP導(dǎo)通，由VDD通過TP向負(fù)載電容CL充電的情況。由于CMOS反相器中，兩管的gm值均設(shè)計(jì)得較大，其導(dǎo)通電阻較小，充電回路的時(shí)間常數(shù)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(shí)間約為10ns?！　∠聢D是2輸入端CMOS與非門電路，其中包括兩個(gè)串聯(lián)的N溝道增強(qiáng)型MOS管和兩個(gè)并聯(lián)的P溝道增強(qiáng)型MOS管。每個(gè)輸入端連到一個(gè)N溝道和一個(gè)P溝道MOS管的柵極。當(dāng)輸入端A、B中只要有一個(gè)為低電平時(shí)，就會(huì)使與它相連的NMOS管截止，與它相連的PMOS管導(dǎo)通，輸出為高電平；僅當(dāng)A、B全為高電平時(shí)，才會(huì)使兩個(gè)串聯(lián)的NMOS管都導(dǎo)通，使兩個(gè)并聯(lián)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(gè)輸入端的與非門必須有n個(gè)NMOS管串聯(lián)和n個(gè)PMOS管并聯(lián)?！　∠聢D是2輸入端CMOS或非門電路。其中包括兩個(gè)并聯(lián)的N溝道增強(qiáng)型MOS管和兩個(gè)串聯(lián)的P溝道增強(qiáng)型MOS管?！　‘?dāng)輸入端A、B中只要有一個(gè)為高電平時(shí)，就會(huì)使與它相連的NMOS管導(dǎo)通，與它相連的PMOS管截止，輸出為低電平；僅當(dāng)A、B全為低電平時(shí)，兩個(gè)并聯(lián)NMOS管都截止，兩個(gè)串聯(lián)的PMOS管都導(dǎo)通，輸出為高電平?！　∫虼耍@種電路具有或非的邏輯功能，其邏輯表達(dá)式為顯然，n個(gè)輸入端的或非門必須有n個(gè)NMOS管并聯(lián)和n個(gè)PMOS管并聯(lián)?！　”容^CMOS與非門和或非門可知，與非門的工作管是彼此串聯(lián)的，其輸出電壓隨管子個(gè)數(shù)的增加而增加；或非門則相反，工作管彼此并聯(lián)，對(duì)輸出電壓不致有明顯的影響。因而或非門用得較多。13．　　上圖為CMOS異或門電路。它由一級(jí)或非門和一級(jí)與或非門組成?；蚍情T的輸出。而與或非門的輸出L即為輸入A、B的異或 如在異或門的后面增加一級(jí)反相器就構(gòu)成異或非門，由于具有的功能，因而稱為同或門。異成門和同或門的邏輯符號(hào)如下圖所示。13．4 BiCMOS門電路　　雙極型CMOS或BiCMOS的特點(diǎn)在于，利用了雙極型器件的速度快和MOSFET的功耗低兩方面的優(yōu)勢(shì)，因而這種邏輯門電路受到用戶的重視 上圖表示基本的BiCMOS反相器電路，為了清楚起見，MOSFET用符號(hào)M表示BJT用T表示。T1和T2構(gòu)成推拉式輸出級(jí)。而Mp、MN、MM2所組成的輸入級(jí)與基本的CMOS反相器很相似。輸入信號(hào)vI同時(shí)作用于MP和MN的柵極。當(dāng)vI為高電壓時(shí)MN導(dǎo)通而MP截止；而當(dāng)vI為低電壓時(shí),情況則相反，Mp導(dǎo)通，MN截止。當(dāng)輸出端接有同類BiCMOS門電路時(shí)，輸出級(jí)能提供足夠大的電流為電容性負(fù)載充電。同理，已充電的電容負(fù)載也能迅速地通過T2放電。　　上述電路中T1和T2的基區(qū)存儲(chǔ)電荷亦可通過M1和M2釋放，以加快電路的開關(guān)速度。當(dāng)vI為高電壓時(shí)M1導(dǎo)通，T1基區(qū)的存儲(chǔ)電荷迅速消散。這種作用與TTL門電路的輸入級(jí)中T1類似。同理 ，當(dāng)vI為低電壓時(shí)，電源電壓VDD通過MP以激勵(lì)M2使M2導(dǎo)通，顯然T2基區(qū)的存儲(chǔ)電荷通過M2而消散。可見，門電路的開關(guān)速度可得到改善。根據(jù)前述的CMOS門電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，同樣可以用BiCMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)或非門和與非門。如果要實(shí)現(xiàn)或非邏輯關(guān)系，輸入信號(hào)用來驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的N溝道MOSFET，而P溝道MOSFET則彼此串聯(lián)。正如下圖所示的2輸入端或非門。當(dāng)A和B均為低電平時(shí)，則兩個(gè)MOSFET MPA和MPB均導(dǎo)通，T1導(dǎo)通而MNA和MNB均截止，輸出L為高電平。與此同時(shí)，M1通過MPA和MpB被VDD所激勵(lì)，從而為T2的基區(qū)存儲(chǔ)電荷提供一條釋放通路?！　×硪环矫?，當(dāng)兩輸入端A和B中之一為高電平時(shí) ，則MpA和MpB的通路被斷開，并且MNA或MNB導(dǎo)通，將使輸出端為低電平。同時(shí)，M1A或M1B為T1的基極存儲(chǔ)電荷提供一條釋放道路。因此 ，只要有一個(gè)輸入端接高電平，輸出即為低電平。13．CMOS傳輸門MOSFET的輸出特性在原點(diǎn)附近呈線性對(duì)稱關(guān)系，因而它們常用作模擬開關(guān)。模擬開關(guān)廣泛地用于取樣——保持電路、斬波電路、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)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(hào)的模擬開關(guān)。CMOS傳輸門由一個(gè)P溝道和一個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOSFET并聯(lián)而成，如上圖所示。TP和TN是結(jié)構(gòu)對(duì)稱的器件，它們的漏極和源極是可互換的。設(shè)它們的開啟電壓|VT|=2V且輸入模擬信號(hào)的變化范圍為5V到+5V 。為使襯底與漏源極之間的PN結(jié)任何時(shí)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(bǔ)的信號(hào)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(dāng)C端接低電壓5V時(shí)TN的柵壓即為5V，vI取5V到+5V范圍內(nèi)的任意值時(shí)，TN均不導(dǎo)通。同時(shí),TP的柵壓為+5V，TP亦不導(dǎo)通?？梢?，當(dāng)C端接低電壓時(shí)，開關(guān)是斷開的?！　槭归_關(guān)接通，可將C端接高電壓+5V。此時(shí)TN的柵壓為+5V ，vI在5V到+3V的范圍內(nèi)，TN導(dǎo)通。同時(shí)TP的棚壓為5V ，vI在3V到+5V的范圍內(nèi)TP將導(dǎo)通?！　∮缮戏治隹芍?dāng)vI＜3V時(shí)，僅有TN導(dǎo)通，而當(dāng)vI＞+3V時(shí)，僅有TP導(dǎo)通當(dāng)vI在3V到+3V的范圍內(nèi)，TN和TP兩管均導(dǎo)通。進(jìn)一步分析還可看到，一管導(dǎo)通的程度愈深，另一管的導(dǎo)通程度則相應(yīng)地減小。換句話說，當(dāng)一管的導(dǎo)通電阻減小，則另一管的導(dǎo)通電阻就增加。由于兩管系并聯(lián)運(yùn)行，可近似地認(rèn)為開關(guān)的導(dǎo)通電阻近似為一常數(shù)。這是CMOS傳輸出門的優(yōu)點(diǎn)。　　在正常工作時(shí)，模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻值約為數(shù)百歐，當(dāng)它與輸入阻抗為兆歐級(jí)的運(yùn)放串接時(shí)，可以忽略不計(jì)?！　MOS傳輸門除了作為傳輸模擬信號(hào)的開關(guān)之外，也可作為各種邏輯電路的基本單元電路。13．6 整流電路橋式整流電路13．7濾波電路(a) C型濾波電路 (b) 倒L型濾波電路 (c) Ⅱ型濾波電路 圖1 （3）幾種常見的橋式整流濾波電路： A 電容濾波電路： B電感濾波電路 13．8．反饋電路1．正反饋：是指反饋回來的信號(hào)增強(qiáng)輸入信號(hào)（常用與振蕩電路）； 負(fù)反饋：是指反饋回來的信號(hào)削弱原輸入信號(hào)（用與放大電路）。2．判別正負(fù)反饋的方法——瞬時(shí)極性法 瞬時(shí)極性法是用來判斷正反饋還是負(fù)反饋的。我們?cè)诜糯笃鬏斎攵说幕鶚O施加一個(gè)信號(hào)電壓VI，設(shè)某一瞬時(shí)該信號(hào)的極性為正信號(hào)，用(+)表示，經(jīng)三極管V的集電極倒相后變?yōu)樨?fù)信號(hào)，用(一)來表示。發(fā)射極與基極同相位，仍為(+)信號(hào)，多級(jí)放大器在這一瞬時(shí)的極性依次類推，假設(shè)在這一瞬時(shí)反饋電阻RF的反饋信號(hào)使輸入信號(hào)加強(qiáng)，則為正反饋，使得輸入信號(hào)削弱，則為負(fù)反饋。4． 負(fù)反饋放大電路的四種類型：A電壓串聯(lián)負(fù)反饋 B 電壓并聯(lián)負(fù)反饋C電流串聯(lián)負(fù)反饋 D電流并聯(lián)負(fù)反饋13．9 放大電路三種基本組態(tài)的放大電路圖： 　共發(fā)射極放大電路 共基極放大電路 共集電極放大電路注意：放大電路共發(fā)射極時(shí)，Ai和Au都比較大，但是輸出電壓和輸入電壓的相位相反；共基極時(shí)，Ai比較大，但是Au較小，輸出電壓與輸入電壓同相，并且具有跟隨關(guān)系，它可作為輸入級(jí)，輸出級(jí)或起隔離作用的中間級(jí)；共集電極時(shí)，Ai較小，Au較大，輸出電壓與輸入電壓同相，多用于寬頻帶放大等。對(duì)于多級(jí)放電電路：在多級(jí)放大器中，由于各級(jí)之間是串聯(lián)起來的，后一級(jí)的輸入電阻就是前級(jí)的負(fù)載，所以，多級(jí)放大器的總電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)放大倍數(shù)的乘積，即Ａu＝Ａu1Ａu2……Ａun。注意：若反饋信號(hào)取自輸出電壓信號(hào)，則稱為電壓反饋；若反饋信號(hào)取自輸出電流信號(hào)，則稱為電流反饋。（通常，采用將負(fù)載電阻短路的方法來判別電壓反饋和電流反饋。具體方法是：若將負(fù)載電阻 R L 短路，如果反饋?zhàn)饔孟?，則為電壓反饋；如果反饋?zhàn)饔么嬖?，則為電流反饋。 ）； 若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在基本放大電路的輸入端以電壓串聯(lián)的形式迭加，則稱為串聯(lián)反饋；若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在基本放大電路的輸入端以電流并聯(lián)的形式迭加，則稱為并聯(lián)反饋。13．10．振蕩電路電感三點(diǎn)式振蕩器考慮LL2間的互感，電路的振蕩頻率可近似表示為　　　　電容三點(diǎn)式振蕩器振蕩頻率：41 /