数字电子中的CMOS逻辑门

什么是逻辑门？

在数字电路中，逻辑门是数字电路或系统的一个基本元件，它执行特定的逻辑运算。逻辑门通常有一个或多个输入，只有一个输出。逻辑门的输出根据一定的逻辑与输入相关联。

一些常用的逻辑门有：与门、或门、非门、与非门和或非门。

CMOS，互补金属氧化物半导体，是一种用于制造集成电路（IC）的主要技术。这项技术被广泛用于制造各种数字电子元件，如微处理器、传感器、逻辑门等。

CMOS技术采用NMOS（N沟道金属氧化物半导体）和PMOS（P沟道金属氧化物半导体）逻辑来实现不同类型的数字功能。

CMOS技术因其关键优势（如快速切换速度、低功耗、高电压范围、高噪声容限等）而被广泛用于实现数字逻辑门。

现在让我们详细讨论一下基本的CMOS逻辑门。

或门是数字电子学中的一个基本逻辑门。当任何一个输入为高电平时，或门产生高电平或逻辑1输出；当所有输入都为低电平时，它产生低电平或逻辑0输出。

一个两输入或门的真值表如下所示。

CMOS逻辑中两输入或门的实现如图所示。

在这里，我们将多个CMOS反相器组合在一起构建了一个CMOS或门。在电路图中，CMOS或门由一个PMOS晶体管和一个NMOS晶体管组成，它们以并联方式连接在电源电压（V）和输出之间。

在上图电路中，当一个或两个输入（A和B）为高电平（逻辑1）时，相应的PMOS和NMOS晶体管以电流从输出流向地的方式切换，导致输出端电压降低（逻辑0）。

当两个输入都为低电平（逻辑0）时，相应的CMOS晶体管以输出连接到电源电压的方式切换，导致输出端电压升高（逻辑1）。

与门是用于各种数字逻辑电路中的基本逻辑门。只有当所有输入都为高电平时，与门才产生高电平或逻辑1输出；当任何一个输入为低电平时，它产生低电平或逻辑0输出。

两输入与门的真值表如下所示。

使用CMOS技术实现与门的电路图如下所示。

在这里，为了实现CMOS与门，我们将多个CMOS反相器连接在一起。在CMOS与门电路中，使用PMOS和NMOS晶体管来构建它。这些晶体管分别串联连接在电源电压（V）和输出（Y）之间，以及并联连接在输出和地之间。

在上图所示的CMOS与门情况下，当两个输入都为高电平（逻辑1）时，CMOS晶体管以输出连接到电源电压（V）的方式切换，产生高电平（逻辑1）输出。

当任何一个输入为低电平时，电路中的CMOS晶体管切换，使得电流从电源流向地，使输出变为低电平（逻辑0）。

非门也是数字逻辑电路中使用的一种基本逻辑门。非门有一个输入和一个输出。当输入为低电平或逻辑0时，非门的输出为高电平或逻辑1；当输入为高电平或逻辑1时，其输出为低电平或逻辑0。

在CMOS逻辑门中，CMOS非门是最简单的CMOS逻辑门。它也称为CMOS反相器门。

非门的真值表如下所示。

CMOS技术中非门的实现如图所示。

在这里，输入施加到两个CMOS晶体管的门极，输出连接到它们的漏极。

当正电压脉冲（逻辑1）施加到输入Vi时，CMOS晶体管Q1关闭，CMOS晶体管Q2打开。因此，输出电压将处于接地电压，即逻辑0。

当接地电压（逻辑0）施加到输入Vi时，CMOS晶体管Q1打开，CMOS晶体管Q2关闭。因此，输出将接近+V，即逻辑1。

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