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如果把cmos反相器中的nmos和pmos顛倒連接,電路能否工作?為什么?

工程師鄧生 ? 來源:未知 ? 作者:劉芹 ? 2023-09-12 10:57 ? 次閱讀

如果把cmos反相器中的nmos和pmos顛倒連接,電路能否工作?為什么?

CMOS反相器是數(shù)字電路中非?;A(chǔ)的一種電路,也被廣泛應(yīng)用于不同的場合中,例如計(jì)算機(jī)處理器、通訊系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等。CMOS反相器的工作原理是利用n型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(NMOS)和p型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(PMOS)兩種晶體管的互補(bǔ)特性,將它們組合成一個(gè)電路,以實(shí)現(xiàn)信號的放大、邏輯變換等功能。

在CMOS反相器中,NMOS和PMOS晶體管的連接方式相對固定,即NMOS接通電源,PMOS接通地,同時(shí)兩個(gè)晶體管的柵極相互接反,以達(dá)到一個(gè)電路輸出與輸入信號完全相反的目的。那么,如果將NMOS和PMOS顛倒連接,即NMOS接通地,PMOS接通電源,同時(shí)兩個(gè)晶體管的柵極也進(jìn)行顛倒,電路能否工作呢?這是一個(gè)值得探究的問題,接下來我們將詳細(xì)討論它的原理和評價(jià)它的可行性。

首先,我們需要知道NMOS和PMOS晶體管的特性以及反相器的工作原理。NMOS晶體管由源、漏、柵極三個(gè)引腳組成,其中漏和源之間串聯(lián)一定的載流子(電子)濃度,使得給源極施加電壓時(shí),可以將電子注入NMOS晶體管中,通過柵極控制,電子可在漏極處排出,從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。與之相反,PMOS晶體管由源、漏、柵極三個(gè)引腳組成,不同的是,在PMOS晶體管中,柵極施加反向電壓時(shí)可以導(dǎo)致空穴從源極流向漏極,實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。這兩個(gè)晶體管形成互補(bǔ)的特性,稱為CMOS技術(shù)。在反相器中,NMOS的漏極與PMOS的源極相接,同時(shí)電路的輸入信號被連接到了NMOS的柵極上,輸出信號則是從PMOS的漏極上獲取,可以實(shí)現(xiàn)輸入與輸出信號相反的效果。

接下來,我們可以對顛倒NMOS和PMOS連接時(shí)的反相器進(jìn)行分析。由于電路的接法被更改,當(dāng)向輸入端提供輸入信號時(shí),這個(gè)信號將輸入到PMOS晶體管的柵極上。而當(dāng)柵極施加反向電壓時(shí),PMOS晶體管將不導(dǎo)通,并且在柵極一端形成很高的電壓。這樣會(huì)導(dǎo)致輸出信號由于振蕩過快,從而產(chǎn)生不穩(wěn)定的狀態(tài)。在這種情況下,輸出電壓將不再具有任何邏輯意義,因此這種顛倒連接的電路并不會(huì)正常工作。

由此可以發(fā)現(xiàn),反相器的匹配不能破環(huán),如果顛倒連接它,則它將不能工作。這是因?yàn)殡娐返妮斎牒洼敵鲂枰謩e對應(yīng)PMOS和NMOS晶體管的柵極和漏極,當(dāng)進(jìn)行顛倒接法時(shí),電路中的晶體管都會(huì)被保持在非導(dǎo)通狀態(tài),或者處于過度放大的狀態(tài)下,導(dǎo)致輸出信號的波形不穩(wěn)定,電路無法正常工作。

雖然顛倒連接的CMOS反相器不能實(shí)現(xiàn)正確的邏輯運(yùn)算,但顛倒連接的概念卻在某些場合中得到了應(yīng)用。例如,在某些可重構(gòu)數(shù)字電路中,顛倒連接的CMOS反相器可以用來實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算的結(jié)果線的截?cái)嗪徒K止操作,它可以防止某些計(jì)算錯(cuò)誤發(fā)生,并且可以增加計(jì)算機(jī)的抗干擾能力。此外,顛倒連接的CMOS反相器還可以用來實(shí)現(xiàn)放大器振蕩器電路,但需要通過不同的方式來調(diào)整和優(yōu)化電路結(jié)構(gòu),以滿足特定的工作要求和指定的邏輯代價(jià)。

總之,顛倒連接的CMOS反相器不能正常地實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算,因?yàn)樗茐牧朔聪嗥鞯幕パa(bǔ)特性。但是,顛倒連接的CMOS反相器的概念在某些特定的場合中得到了應(yīng)用,需要根據(jù)具體的工作要求和邏輯代價(jià)來設(shè)計(jì)和優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)。

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