數位電子中的CMOS邏輯閘

什麼是邏輯閘？

在數位電路中，邏輯閘是數位電路或系統的一個基本元件，它執行特定的邏輯運算。邏輯閘通常有一個或多個輸入，只有一個輸出。邏輯閘的輸出根據一定的邏輯與輸入相關聯。

一些常用的邏輯閘有：與門、或門、非門、與非門和或非門。

CMOS，互補金氧半導體，是一種用於製造積體電路（IC）的主要技術。這項技術被廣泛用於製造各種數位電子元件，如微處理器、感測器、邏輯閘等。

CMOS技術採用NMOS（N溝道金氧半導體）和PMOS（P溝道金氧半導體）邏輯來實現不同型別的數字功能。

CMOS技術因其關鍵優勢（如快速切換速度、低功耗、高電壓範圍、高噪聲容限等）而被廣泛用於實現數字邏輯閘。

現在讓我們詳細討論一下基本的CMOS邏輯閘。

或門是數位電子學中的一個基本邏輯閘。當任何一個輸入為高電平時，或門產生高電平或邏輯1輸出；當所有輸入都為低電平時，它產生低電平或邏輯0輸出。

一個兩輸入或門的真值表如下所示。

CMOS邏輯中兩輸入或門的實現如圖所示。

在這裡，我們將多個CMOS反相器組合在一起構建了一個CMOS或門。在電路圖中，CMOS或門由一個PMOS電晶體和一個NMOS電晶體組成，它們以並聯方式連線在電源電壓（V）和輸出之間。

在上圖電路中，當一個或兩個輸入（A和B）為高電平（邏輯1）時，相應的PMOS和NMOS電晶體以電流從輸出流向地的方式切換，導致輸出端電壓降低（邏輯0）。

當兩個輸入都為低電平（邏輯0）時，相應的CMOS電晶體以輸出連線到電源電壓的方式切換，導致輸出端電壓升高（邏輯1）。

與門是用於各種數字邏輯電路中的基本邏輯閘。只有當所有輸入都為高電平時，與門才產生高電平或邏輯1輸出；當任何一個輸入為低電平時，它產生低電平或邏輯0輸出。

兩輸入與門的真值表如下所示。

使用CMOS技術實現與門的電路圖如下所示。

在這裡，為了實現CMOS與門，我們將多個CMOS反相器連線在一起。在CMOS與閘電路中，使用PMOS和NMOS電晶體來構建它。這些電晶體分別串聯連線在電源電壓（V）和輸出（Y）之間，以及並聯連線在輸出和地之間。

在上圖所示的CMOS與門情況下，當兩個輸入都為高電平（邏輯1）時，CMOS電晶體以輸出連線到電源電壓（V）的方式切換，產生高電平（邏輯1）輸出。

當任何一個輸入為低電平時，電路中的CMOS電晶體切換，使得電流從電源流向地，使輸出變為低電平（邏輯0）。

非門也是數字邏輯電路中使用的一種基本邏輯閘。非門有一個輸入和一個輸出。當輸入為低電平或邏輯0時，非門的輸出為高電平或邏輯1；當輸入為高電平或邏輯1時，其輸出為低電平或邏輯0。

在CMOS邏輯閘中，CMOS非門是最簡單的CMOS邏輯閘。它也稱為CMOS反相器門。

非門的真值表如下所示。

CMOS技術中非門的實現如圖所示。

在這裡，輸入施加到兩個CMOS電晶體的門極，輸出連線到它們的漏極。

當正電壓脈衝（邏輯1）施加到輸入Vi時，CMOS電晶體Q1關閉，CMOS電晶體Q2開啟。因此，輸出電壓將處於接地電壓，即邏輯0。

當接地電壓（邏輯0）施加到輸入Vi時，CMOS電晶體Q1開啟，CMOS電晶體Q2關閉。因此，輸出將接近+V，即邏輯1。

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