（六）《数电》——二极管与CMOS门电路（入门）
目录
PN结
门电路
定义
逻辑状态
正逻辑
负逻辑
电平
二极管
开关特性
与门
或门
缺点
MOS管
结构
类型
NMOS
PMOS
CMOS
工作原理
电压、电流传输特性
输入噪声容限
输入特征
输出特性
高电平
低电平
动态特征
传输延迟时间
总功耗
静态功耗
动态功耗
总结
现在我们开始进入到门电路的学习当中来，由于没有学过电路原理以及模电课程，所以理解起来比较困难，但也算是在跌跌撞撞中收获了一些知识，如有错误，还希望各位能够及时提出！
在学习门电路的过程中，我们首先需要认识一个东西，叫做PN结，这个东西在后面的过程中是我们的核心知识，所以我们先来介绍一下PN结到底是怎么回事！
PN结
关于PN结，是在模电课程中重点学习的，而我没有学过模电，就在网上找到一个科普视频，讲解的特别清晰，内容深度也符合我们的需求，在补完模电课程之后，我还是想要借助这个视频来讲解一下PN结，因为谁不喜欢动画式的知识点讲解呢！
【硬件科普】带你认识CPU第00期——什么是MOSFET_哔哩哔哩_bilibili
https://www.bilibili.com/video/BV1nL411x7jH?spm_id_from=333.1007.top_right_bar_window_history.content.click&vd_source=4f47a44a067734f2384169d1002baba8
UP主讲解的特别清晰，所以我们也就不做过多的介绍了，大家了解了PN结以及MOS管的基本知识就行！ 这只是我们的基础，也是我们的开胃小菜，接下来，我们就要开始深入我们的门电路、二极管以及MOS管了！
门电路
定义
实现基本运算、复合运算的单元电路，如与门、与非门、或门等等。
逻辑状态
门电路中以高低电表示逻辑状态的１、０。
正逻辑
高电平为１，低电平为０。
负逻辑
高电平为０，低电平为１。
电平
这里主要注意三个点
- 高低电平是一个范围，而不是一个具体的值
- 开关断开，输出高电平，希望电阻阻值小。
- 开关闭合，输出低电平，希望电阻阻值大。
所以就出现了矛盾，我们在后面去解决这个矛盾。
二极管
开关特性
当我们把二极管当成上面电路的开关，给二极管高电平，相当于开关断开，给二极管低电平，相当于开关闭合，所以表现为一种跟随状态，就是给二极管高电平，输出高电；给二极管低电平，输出低电平。
与门
通过这样的电路连接，我们就可以得到一个与门。
或门
电阻接地，我们就得到了或门。
缺点
MOS管
结构
MOS管这部分知识在视频里也讲解过， 这个地方和视频里是一样的，我觉得视频更加生动形象，哈哈哈！ 英语好的同学也可以康康下面的介绍。
类型
就是N沟道增强型和 P沟道增强型，一个是正向电场形成沟道，一个是反向电压形成沟道。看有没有空心小圆圈就行。
NMOS
电压低时不形成沟道，相当于开关断开，电压在一定范围内，是线性增长，后面因为有夹断（横向电场导致的），就基本饱和了。（可能是传输的时候出了问题，在平板上字迹不是这样的）。
PMOS
与NMOS类似 。
CMOS
CMOS在视频也有所介绍，就是两个MOS合在一起，C就是（Complementary）。
工作原理
其实大概就是视频里的那样，具体可以看看下面的介绍。
哈哈，大家还记得我们之前说过开关电路的一个矛盾吗？就是关于上拉的阻值，我们不能很好的找到一个合适的值，所以，我们现在采用一种互补的逻辑去实现开关电路，那就是CMOS。
最后，我们可以得到CMOS的电压特性 ，如图所示，我们在后面会详细介绍。
电压、电流传输特性
电压特性的话，我们需要关注一下中间那部分，其实两个MOS管都有所导通，并且中间部分是二分之一VDD。
电流特性，注意在低压或者高压的时候，其实电流特别小，但是在中间部分，有电流，这也是功耗产生的原因，后面我们还会进行分析。
输入噪声容限
输入特征
输出特性
这个地方比较难以理解，我们着重来讲解一下。
- VDD增大，相当于沟道（图片上写错了）内阻变小，压降减小，所以输出电压也小（低电平）。
- 负载（功率）变大，电流变大，相当于等效电阻变小，内阻压降变大，所以输出电压上偏。
- 还可以用电路的思想来分析（我画的电路图）负载电阻变小，电压变小，所以输出是偏大。
高电平
低电平
具体分析思想是类似的，就不再讲解。
动态特征
传输延迟时间
主要是电阻以及电容导致的延迟，了解一下就好，数电书对这个介绍也比较少。
总功耗
总功耗 = 动态功耗PD + 静态功耗PS
静态功耗
动态功耗
导通功耗
负载功耗
电容功耗
总结
好了，关于门电路的知识我们先介绍到这，我后面还会继续更新学习笔记！
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