计算机中的主要电子元.pptx

1、计算机维修技术 第3版教学课件 易建勋 编著 清华大学出版社2013年8月,本课件随教材免费赠送给读者，读者可自由播放、复制、分发本课件，也可对课件内容进行修改。 课件中部分图片来自因特网公开的技术资料，这些图片的版权属于原作者。 感谢在因特网上提供技术资料的企业和个人。 本课件不得用于任何商业用途。 课件版权属于作者和清华大学出版社，其他任何单位和个人都不得对本课件进行销售或修改后销售。 作者：易建勋 2013年8月,作者声明,第2章 计算机中的主要电子元件,2.1 常用电子元件 2.1.1 电阻 2.1.2 电容 2.1.3 电感 2.1.4 晶振 2.1.5 二极管 2.1.6 三极管

2、2.1.7 场效应管 2.2 电路保护元件 2.2.1 异常过电压 2.2.2 保险电阻 2.2.3 热敏电阻 2.2.4 TVS保护器件,2.3 PCB结构与布线 2.3.1 PCB制造工艺 2.3.2 PCB叠层结构 2.3.3 PCB布线原则 2.3.4 PCB上的过孔 2.4 集成电路制造工艺 2.4.1 CMOS电路工作原理 2.4.2 集成电路制程线宽 2.4.3 集成电路生产工艺 2.4.4 集成电路封装形式,2.1 常用电子元件,2.1.1 电阻,1电阻的类型与功能 电阻主要用于控制和调节电路中的电流和电压，或用于消耗电能的负载。 例：分流、分压、限压、限流、保护、滤波、阻抗匹

3、配等工作。,2.1.1 电阻,电路板中的贴片电阻、电容,贴片电阻,贴片电容,2.1.1 电阻,2贴片电阻 贴片电阻具有耐高温，可靠性高，高频特性优越，温度系数与精度误差较小等优点。 贴片适合波峰焊和回流焊，配合自动贴片机可以实现电子产品的规模化生产。 贴片电阻能减少印制电路板的面积，从而减小产品外观尺寸。 贴片电阻已逐步取代传统的分立电阻。,2.1.1 电阻,4电阻的标注方法 电路图中，直接标注电阻值，单位。 例：20、10k、47 Ohm,2.1.1 电阻,印制电路板中标为：R+编号 例：R592、R5B7等,电阻排,2.1.1 电阻,贴片电阻阻值计算： 第1、2位表示阻值，第3位为0的个数

4、，单位。 电阻标注规则： ABC=AB10C 或 ABCD=ABC10D 例： 470=47X100=47；222=22X102=2.2k；105=1M 小数点用字母“R”表示 例：2R2J=2.2，J=精度误差5%；R015=0.015,2.1.1 电阻,【补充】精密贴片电阻阻值表,2.1.1 电阻,【补充】分立电阻采用色环标注 普通电阻用4色环，精密电阻用5色环。,2.1.2 电容,1. 电容的基本特性 储能和隔直通交 隔直原理：电容只有在充电时允许电流通过，充电结束后，电容达到饱和状态时，直流电就不能通过电容了，因此，电容起着“隔离直流”的作用。 通交原理：交流电通过电容时，因为交流电不

5、仅方向往复交变，大小也按规律变化。电容连续地充电和放电，电路中就会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流。 电容在常温下容量最大，随着温度上升或下降，其容量都会下降。,2.1.2 电容,2. 电容的类型 电容的储能介质： 无机介质：陶瓷电容、云母电容等。 有机介质：薄膜电容等。 电解介质：液态铝电解电容、固态铝电解电容、钽电解电容等。 陶瓷电容 一般用在GHz级高频电路中，如CPU、GPU等外围电路。 电解电容 广泛用于主板，显卡，电源等产品。 薄膜电容 常用在音箱电路中，优点是较精密、耐高温高压。,2.1.2 电容,电容的类型,液态电 解电容,贴片 电容,2.1.2 电容,电容的类型,

6、钽电容,陶瓷电容,固态电铝解电容,液态铝解电容 的防爆刻槽,2.1.2 电容,4液态铝电解电容 组成 采用铝或钽金属箔为正极，紧贴正极的氧化铝金属膜是电介质，阴极由导电材料、电解质（液体或固体）和其他材料组成。 优点 体积和容量非常大，比其它电容大几十到数百倍。 价格比其它电容有压倒性优势。 缺点 温度过热时，容易导致电容失效，甚至膨胀爆裂。 电路板长期不用会造成电极受损，泄漏电流增大； 介质损耗和容量误差较大。,2.1.2 电容,5固态铝电解态电容 阴极采用固态导电高分子材料，导电能力比电解液高出23个数量级。 大大降低了等效串联电阻(ESR)，改善了温度频率特性，而且加工性好，易于封装。

7、多用直插分立式封装。 解决了电解液蒸发、泄漏、易燃等问题。,2.1.2 电容,固态电解电容的特性 (1)高稳定性 可持续在高温环境下稳定工作。容量与工作电压基本无关。 (2)长寿命 使用寿命超过50年，不会引发电容爆裂。 (3)低ESR ESR越低，充放电速度越快，可充分吸收电路中的高幅值电压。 (4)高额定电流 高速充放电特性可以保证在瞬间输出高峰值电流。,2.1.2 电容,2.1.2 电容,贴片电容,2.1.3 电感,1电感的基本特性 储能，通直流，阻交流。 为了减少电感本身电阻对直流电流的影响，电感采用线径较粗的漆包线。 在电感中插入磁环，是为了提高电感量。 电感对高频噪声有很好的屏蔽作

8、用。,电感,图纸标注,2.1.3 电感,2电感器的类型,2.1.4 晶振,1石英晶振的结构 晶振的作用： 产生原始时钟频率信号，这个频率通过时钟频率发生器芯片的倍频或分频后，就成了计算机中各种总线和芯片的时钟信号。 石英晶振能提供非常高的精度和稳定度。 晶振周围的温度、湿度和电压发生变化时，几乎不会影响晶振频率的变化。,时钟频率 发生器,晶振,2.1.4 晶振,【补充】石英晶体谐振器,2.1.4 晶振,主板上的晶振,实时时 钟晶振,系统时 钟晶振,2.1.4 晶振,讨论： （1）系统时钟为：14.318MHz，为什么不是一个整数？ （2）实时时钟为什么是：32.768kHz？,2.1.5 二极

9、管,1二极管工作原理 二极管特性：单向导电性。 电流从二极管正极流入，负极流出。 二极管类型： 整流二极管 稳压二极管 开关二极管 发光二极管等。,2.1.5 二极管,二极管应用 整流、隔离、稳压、极性保护、频率调制等。,数码二极管,发光二极管,二极管,二极管,2.1.5 二极管,2. 二极管极性识别 三角形箭头一端为正极，竖线一端是负极； 带色环一端为负极； 外壳标有极性色点（白色或红色）一端为正极； LED长脚为正，短脚为负； 用万用表测量二极管正反向电阻，以阻值较小的一次测量为准，黑表笔所接一端为正极，红表笔所接一端为负极。,2.1.5 二极管,二极管,二极管,三极管,2.1.6 三极管

10、,1三极管的基本结构 工作原理 三极管以基极微小的电流变化，控制集电极电流较大的变化。 三极管应用 放大电路、开关电路、稳压电路等。,2.1.6 三极管,三极管在电路中的应用,B：基极 E：发射极 C：集电极,三极管,2.1.6 三极管,2三极管的放大状态 三极管发射极电压大于PN结导通电压时，基极电流对集电极电流起控制作用，使三极管有电流放大作用。 3三极管的饱和导通状态 三极管发射极电压大于PN结导通电压，当基极电流增大到一定程度时，三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间处于导通状态（饱和导通）。这时三极管起“导通”作用（逻辑1）。,2.1.6 三极管,4三极管的截止状态 三极管发射极

11、电压小于PN结导通电压，基极电流为零，集电极和发射极电流都为零时，三极管失去电流放大作用，集电极和发射极之间处于断开状态。这时三极管起“截止”（逻辑0）作用。 如果将三极管交替应用在截止区和饱和区，它可以起到电子开关的作用。,2.1.7 场效应管,1场效应管的类型与特点 场效应晶体管(FET)类型：结型和绝缘栅型。 应用最广泛的是MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）。,2.1.7 场效应管,半导体场效应晶体管(MOSFET)简称为场管或MOS管。,场管,电感,固态电容,场管,2.1.7 场效应管,G：栅极 D：漏极 S：源极,静电防护 二极管,静电防护 二极管,B：基极 E：发射极

12、 C：集电极,2.1.7 场效应管,4场效应管与晶体三极管的比较 场效应管是一种电压控制器件。 晶体三极管是电流控制器件。 场效应管优点： 工作频率高，功率大，输入阻抗高，热稳定性好，抗辐射性好，噪声低，制造工艺简单等。 场效应管应用： 作为放大电路的缓冲级，模拟开关和恒流源电路等。 比喻：场管控制身高，三极管控制肥胖。,【补充】电子元件在电路中的应用,固态铝电解电容,电感,液态铝电解电容,场效应管,去耦电容,0欧姆电阻,PCB板,【补充】电子元件在电路中的应用,电池,电阻排,数码二极管,二极管,场管,集成电路 1号引脚,晶振,晶振,固态电容,贴片电阻 贴片电容,2.2 电路保护元件,2.2.

13、1 异常过电压,过电压 也称为浪涌电压(或浪涌电流)，它是一种瞬变干扰。 浪涌电压防护 一般采用分流防御措施，即将浪涌电压在非常短的时间内与大地短接，使浪涌电流分流入地，达到削弱和消除过电压、过电流的目的。 外部过电压侵入途径 导线、电路、传输管道、静电感应、电磁感应等。 过电压大多数情况下呈现随机状态。,2.2.1 异常过电压,过电压形成的原因 （1）雷击过电压 直击雷过电压发生概率非常低，通常的雷击过电压是“感应雷过电压”。 雷击对地面某点放电时，它周围1.5km范围内的导体中，都会有一定幅值的瞬态电压产生。 雷电过电压的特点是持续时间短，峰值高。,2.2.1 异常过电压,（2）开关过电压

14、 电路中的断路器、隔离开关、继电器、脉冲调制开关（PWM）等通断转接时，电路对地以及开关两端所产生的过电压。 开关过电压的持续时间比雷击过电压长，在数百微秒之间，并且衰减很快。,2.2.1 异常过电压,（3）静电过电压 在天气干燥的冬天，人体与衣服之间的磨擦会使人体带电，当带电的人与电子产品接触时，就会对电子产品（如U盘）放电，这是一种典型的静电释放（ESD）。 ESD的特点：电压很高（数kV），时间很短（ns级）。,2.2.1 异常过电压,（4）瞬态过电压 交流电网上出现的浪涌电压、振铃电压、火花放电等瞬间干扰信号。 特点是时间极短，但电压幅度高、瞬态能量大。 （5）操作过电压 带电插拔：如

15、U盘带电插拔等。 讨论：带电拔插好比闯红灯，人人都知道危险，人人都闯过。如何闯红灯较安全？,2.2.2 保险电阻,保险电阻主要用于电源电路输出电路中。 保险电阻的阻值低（几欧姆至几十欧姆），功率小（1/81W）。它们的作用是在电路发生过流时及时熔断，保护电路中的元件免遭损坏。,2.2.2 保险电阻,0欧姆电阻 一种保险电阻，用在数字/模拟混合电路中。 空置的跳线在通过高频信号时，相当于天线，向外发射（或吸收）电磁波，采用0欧姆电阻后，这种现象可以得到有效控制。,2.2.2 保险电阻,0欧姆电阻,2.2.3 热敏电阻,1. NTC（负温度系数）热敏电阻 负温度系数： 温度下降时电阻值会升高。 例

16、：在25时阻值为10k的电阻，在0时阻值会提高到28.1k，70时阻值会降低为2.95k。,NTC结构,贴片NTC,玻璃管NTC,贴片NTC,2.2.3 热敏电阻,NTC热敏电阻材料： 锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要，采用陶瓷工艺制造而成。 为了避免开机瞬间产生的浪涌电流，在电源电路中串接一个功率型NTC热敏电阻，可以有效地抑制开机时的浪涌电流。,2.2.3 热敏电阻,2. PTC（正温度系数）热敏电阻 正温度系数： 温度升高时电阻值会升高。 PTC热敏电阻类型： 陶瓷材料 高分子聚合物材料 高分子聚合物PTC热敏电阻特点： 当温度升高到某个值时，PTC阻值会显著增加，呈高阻状态，相当于断路

17、；当温度降低后，它会自动复位，恢复至低阻状态。 高分子PTC电阻又称为自恢复保险丝。 PTC热敏电阻用途： 自动消磁，延时启动，恒温加热，过流保护，过热保护等。,P=PTC电阻 110=11欧姆 FS1=标记,2.2.3 热敏电阻,主板中的PTC元件,过流,PTC阻值升高,断路,发热,2.2.3 热敏电阻,PTC在电路板中的应用 电路板采用的高分子PTC电阻，通常为绿色或黄色贴片元件。 芯片上标有字母“P”。 在电路图和PCB板上，标记为“F”。 键盘、鼠标、USB等接口热插拔时，由于接触不好，很容易产生点与点之间的高电压，导致I/O接口芯片烧毁。 主板在I/O接口和USB接口中安装了高分子P

18、TC电阻，以保护主板上的接口控制芯片。,2.2.3 热敏电阻,2.2.4 TVS保护器件,1. ESD（静电释放）保护方法 发生ESD事件时，硅芯片可能会开裂，芯片内部的线路也容易出现开路或短路现象。 大多数集成电路芯片内部设计了有限的ESD保护功能，允许承受12kV的静电脉冲。虽然在电路板装配时足以保护集成电路芯片，但无法对最终用户起到足够的保护作用。,2.2.4 TVS保护器件,2. TVS（瞬态电压抑制器）二极管工作原理 TVS二极管是在稳压二极管基础上发展起来的一种新产品。 当电路中由于雷电等情况，出现大幅度瞬态干扰电压或脉冲电流时，TVS二极管能在极短的时间内（最高达ps）迅速转入反

19、向导通状态。使阻抗骤然降低，同时吸收大电流，并将电路的电压箝位在所要求的安全数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高压冲击而损坏。干扰脉冲过去后，TVS二极管又转入反向截止状态。,2.2.4 TVS保护器件,TVS芯片内通常含有若干个TVS二极管，具有多路保护作用。 国际电工委员会标准规定，ESD防护器件必须达到最小可以防护8kV（接触）和15kV（空气）的ESD冲击。 TVS芯片电路结构,2.2.4 TVS保护器件,TVS芯片在电路中的应用,2.2.4 TVS保护器件,TVS芯片在电路中的应用,主板USB接口电路,TVS芯片,2.2.4 TVS保护器件,【补充】 TVS芯片在电路中的应用,T

20、VS芯片,集成电路芯片,IC内部ESD 保护电路,2.2.4 TVS保护器件,【补充】 TVS芯片在电路中的应用,2.2.4 TVS保护器件,TVS二极管在电路中的应用,【补充】异常过电压预防方法,异常过电压预防方法 雷击和瞬态过电压：采用SPD（电涌保护器）。 持续时间较短的瞬态过电压：采用压敏电阻。 持续时间较长的瞬态过电压：熔断器，断路器等。 静电和操作过电压：保险电阻，TVS芯片。,【补充】雷击防护,电源的防雷防浪涌,【补充】雷击防护,【补充】雷击防护,信号源的防雷防浪涌,2.3 PCB结构与布线,2.3.1 PCB制造工艺,1. 基板FR4材料 PCB（印制电路板）基板采用FR4材料

21、 FR4是一种耐燃材料的等级代号。 FR4采用阻燃玻璃纤维布板。 计算机电路板多采用环氧树脂加玻璃纤维布制造的FR4材料复合材料。 FR4基板绝缘性能稳定，有较好的耐热性和防潮性，并有良好的机械加工性。 PCB表面的细小线路材料是铜箔。 PCB有绿色或棕色，这是阻焊漆的颜色，它也是绝缘防护层。,2.3.1 PCB制造工艺,FR4基板和覆铜板,FR4基板,覆铜板,2.3.1 PCB制造工艺,2. PCB制造工艺 （1）化学清洗 （2）涂光刻胶 （3）曝光和显影 （4）蚀刻 （5）去膜 （6）清洗 （7）叠层,（8）钻孔 （9）电镀通孔 （10）焊盘挖孔 （11）表面处理 （12）检查 （13）包

22、装出货,2.3.1 PCB制造工艺,覆铜板生产流程,2.3.1 PCB制造工艺,PCB制造工艺流程,2.3.2 PCB叠层结构,2. PCB叠层结构 多层板优点： 装配密度高，体积小，布线方便； 电子元件之间的连线缩短，信号传输速度提高。 多层板缺点： 层数越多制造成本越高，6层PCB的成本大约是4层的1.3倍； 质量检测较麻烦。 计算机中的电路板通常采用412层PCB。,2.3.1 PCB制造工艺,PCB的基本结构,信号层,绝缘层,2.3.2 PCB叠层结构,PCB由多块覆铜板组成。 覆铜板厚度在0.22.0mm之间，铜箔厚度在1050m之间。,电路板,表面绝缘漆,铜箔,绝缘层,2.3.2

23、PCB叠层结构,PCB的基本结构,6层PCB结构(放大),铜箔,2.3.2 PCB叠层结构,大多数计算机主板采用6层PCB结构。 6层PCB上面和下面两层为信号层S1和S3，中间分别是接地层G1、内部信号层S2、电源层P和接地G2。 将信号层放在电源平面和地平面两侧，既可以防止相互之间的干扰，又便于对线路做出修正。而且可以减少彼此之间的干扰。 PCB不同层信号的布局有不同的方案。,2.3.2 PCB叠层结构,【补充】覆铜板类型与特点,2.3.2 PCB叠层结构,【补充】覆铜板技术指标,2.3.2 PCB叠层结构,【补充】 PCB铜箔宽度与电流的关系,2.3.3 PCB布线原则,1. PCB布线

24、原则 分开布局 数字电路，模拟电路，大电流电路，必须分开布局，以减小系统之间的信号藕合。 时钟布线 时钟线路要采用屏蔽措施或靠近地线，以降低EMI(电磁干扰)。 避免环状 避免传输线形成环状，闭环布线起到了天线的作用，会增强EMI辐射强度。 线路长度 线路长度不能是时钟信号波长1/4的整数倍，否则会导致谐振现象，产生严重的EMI辐射。,2.3.3 PCB布线原则,去耦电容 去耦电容要靠近电源管脚，并且电容的电源线和地线所包围的面积要尽可能地小。 减少线路干扰 主板中的传输线像天线一样传递和发射电磁干扰信号，因此在合适的地方截断这些“天线”是防止EMI的有效方法。 线路间距 线路之间的间距越小，

25、互感效应越明显，信号质量也越差。因此线路间距越大越好，线路间距一般为3倍线宽为佳。 平行线 平行信号线之间要尽量留有较大的间隔，以减少串扰。两条间距较近的信号线，最好在两线之间走一条地线，起到屏蔽作用。,2.3.3 PCB布线原则,线路急转 传输线要避免急转弯，转向不能是直角。转弯角度过小会对其它设备产生干扰。其次传输线的直角在高温下容易剥落。 大电流器件 电路板上若有大电流器件（如指示灯、喇叭等），它们的地线最好单独布线，以减少地线上的噪声。 小信号线 放大前的弱信号线要远离强信号线，而且布线要尽可能地短，如有可能还要用地线对其进行屏蔽。,2.3.3 PCB布线原则,计算机主板的布线,2.3

26、.3 PCB布线原则,2. PCB导线宽度与间距 （1）导线宽度 导线最小宽度与导线上的电流大小有关。 线宽越太，通过导线的电流也越大，导线的电压降也大。 线宽太大，则布线密度不高，电路板面积增加。 例：以电流负荷为20A/mm2计算，当覆铜箔厚度为0.5mm时（大部分电路如此），则1mm（40mil）线宽的电流为1A左右。 导线宽度12.54mm（40100mil）就能满足一般应用要求。 大功率电路的地线和电源，可根据功率大小适当增加线宽。 在小功率数字电路中，为了提高布线密度，一般最小线宽为0.2541.27mm（1015mil）就能满足要求。 同一电路板中，电源线、地线比信号线粗。,2.

27、3.3 PCB布线原则,信号线,电源线,地线,地线,2.3.3 PCB布线原则,（2）导线间距 导线间距为1.5mm时，线间绝缘电阻大于20M，线间最大耐压可达300V； 线间距为1mm时，线间最大耐压为200V。 在线间电压不大于200V的电路板上，线间距可以取1.01.5mm。只要生产工艺允许，线间距可以很小。,2.3.3 PCB布线原则,4. 蛇形布线,2.3.3 PCB布线原则,蛇形布线：遵循时钟线等长原则 信号在微带线中的传输速度为15cm/ns，信号对线路长度非常敏感，不等长的时钟线路会引起信号不同步，造成系统不稳定。 蛇形线间距越小，干扰越大，信号越差。所以间距S越大越好，但空间

28、有限，依3W原则，S为2倍线宽为佳。,蛇行差 分线对,2.3.3 PCB布线原则,信号线对,差分时 钟对线,CPU插座,内存插座,地线尽量大,蛇行线,信号线转角大于45度,电源线尽量粗,2.3.3 PCB布线原则,2.3.4 PCB上的过孔,1. 过孔的类型与功能 用于各层之间的电气连接； 用于器件的固定或定位。,通孔,埋孔,盲孔,盲孔,钻孔,2.3.4 PCB上的过孔,2. 过孔工艺 钻孔费用占制板费的30%40%。 过孔尺寸受到钻孔和电镀等工艺的限制。 过孔深度超过钻孔直径6倍时，无法保证孔壁能均匀地镀铜。 例：6层PCB的厚度（通孔深度）为1.2mm左右，所以PCB钻孔直径最小只能达到0

29、.2mm。 过孔对信号的影响 传输线的过孔太多会导致电路完整性下降。 过孔越小，寄生电容也越小，这样更适合用于高速电路。,【补充】PCB元件布局原则,电子元件的放置方向只能沿水平和垂直方向排列，否则不利于自动化插件。 贴片元件与IC芯片的距离为0.50.7mm；分立直插元件在13mm之间。 某些元器件或传输线之间，如果存在较高的电位差，则元件间距应足够大，防止出现放电现象，以免引起意外短路。 传输线与PCB边缘的距离不小于2mm。 重量超过15g的元器件，应当用支架固定。 尽可能缩短高频元器件之间的连线。,【补充】PCB元件布局原则,易受干扰的元器件不能相互靠得太近。 输入/输出元件应尽量远离

30、。 去耦电容位置尽可能靠近IC的电源口。 电容尽可能远离发热区域。,【补充】PCB电磁兼容设计,电磁兼容（EMC） 指设备在电磁环境中正常工作，且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。 3W规则 当传输线间距大于3倍线宽时，可保证70%的电场不互相干扰。 如要达到98%的电场不互相干扰，可使用10W间距。 消除地线干扰 利用隔离变压器切断地环路电流。 利用光隔离器切断地环路。 利用共模扼流圈。 数字电路可用地线组成一个回路。,【补充】PCB电磁兼容设计,微带线之间的3W布线原则,2.4 集成电路制造工艺,2.4.1 CMOS电路工作原理,1MOS晶体管结构 接口端： 栅极（Gat

31、e）、源极（Source）、漏极（Drain）。,2.4.1 CMOS电路工作原理,N沟道增强型MOS晶体管,金属导线,SiO2隔离层,N区,导电沟道,P型基底,2.4.1 CMOS电路工作原理,栅极 栅极采用多晶硅材料； 栅极控制漏极与源极之间的电子的流动。 隔离层 采用二氧化硅（SiO2）作为绝缘材料； 保证栅极与基底之间的绝缘，阻止栅极电流产生。 源极和漏极 采用N型高浓度掺杂半导体材料； 形成自由载流子（电子和空穴）。 基底 采用P型硅作基底材料； 保证N区与硅基底之间的绝缘。,2.4.1 CMOS电路工作原理,工作原理 MOS晶体管本质上是一个电压控制的电阻器。 MOS晶体管的开关状

32、态，由栅极电压VGS控制。 施加在栅极与沟道之间的电压（栅-源电压）决定着沟道内自由载流子（电子和空穴）的浓度，从而控制源-漏电流。 漏-源电压控制电流的流向。 MOS晶体管的源极与漏极完全对称，只有根据电流的流向才能确认源极与漏极。,2.4.1 CMOS电路工作原理,2MOS晶体管的导通状态 在栅极施加正电压VGS； 硅基底会感应出等量的负电荷； 继续增加栅极电压VGS，就会形成导电沟道； 电子积累到一定水平时，会形成运动的电荷； 源极区的电子会通过导电沟道，到达漏极区； 这时会形成由源极流向漏极的电流； 这时MOS晶体管处于导通状态； 可以设定晶体管导通状态为逻辑“1”。,2.4.1 CM

33、OS电路工作原理,3MOS晶体管的截止状态 当控制端栅极没有触发电压时，电流无法从源极流向漏极； 晶体管处于“关闭”状态； 可以设定晶体管关闭状态为逻辑“0”。,2.4.1 CMOS电路工作原理,4. CMOS电路结构 CMOS电路由PMOS晶体管和NMOS晶体管互补配对组成。 任何时候都只有一个MOS晶体管导通，另一个必然关闭。,CMOS反相器原理,CMOS反相器结构,2.4.1 CMOS电路工作原理,理论上CMOS电路的静态功耗为0，但是受材料和制造工艺的限制，CMOS电路的实际功耗不能忽略不计。 在CMOS电路中，NAND（与非门）、NOR（或非门）是最基本的逻辑电路，其他逻辑电路都可以通过它们之间的相互组合进行设计。 在集成电路中，一般般尽量采用“或非门”构造PMOS和NMOS电路。,2.4.1 CMOS电路工作原理,【补充】“或非门”构造的PMOS和NMOS电路,PMOS管,NMOS管,2.4.2 集成电路制程线宽,1. MOS晶体管沟道长度 沟道长度（物理栅长）是电流从源极（S）流到漏极（D）经过的距离。 垂直于沟道长度的源漏区称为沟道宽度W。,2.4.2 集成电路制程线宽