擺爛和勇敢面對也不矛盾
MOS管，三極管與門電路
MOS管
MOS管是金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor），MOS管組成的電路是CMOS電路。
P型材料是空穴型材料，空穴為多子，電子為少子。
N型材料是電子型材料，電子為多子，空穴為少子。
N溝道增強型MOS管
在P型半導體襯底上，制造兩個高摻雜濃度的N型區，形成MOS管的源極S(Source)和漏極D(Drain),第三個電極稱為柵極G(Gate)。（箭頭指向電子聚集的地方？？？）
如果在漏極和源極之間加上了電壓\(v_{DS}\),而令柵極和源極之間的電壓\(V_{GS}=0\)，則由於漏極和源極之間相當於兩個PN結背向地串聯(因為柵極和源極之間沒有電壓差，襯底的電子不發生運動，這時的襯底的電阻很大)，所以\(D-S\)間不導通，\(i_{D}=0\)。
當柵極和源極之間加上正電壓\(v_{GS}\)，而且\(v_{GS}\)大於某個電壓值\(V_{GS(th)}\)時，由於柵極與襯底間電場的吸引，使襯底中的少數載流子——電子聚集到柵極下面的襯底表面，形成一個N型的反型層。這個反型層就構成了D——S間的導電溝道，於是有\(i_D\)流通。\(V_{GS(th)}\)稱為MOS管的開啟電壓。
因為導電溝道屬於N型，而且在\(v_{GS}=0\)時不存在導電溝道，必須加以足夠高的柵極電壓才能有導電溝道形成，所以將這種類型的MOS管稱為N溝道增強型MOS管。
隨着源極和漏極之間的電壓\(v_{GS}\)的升高，導電溝道的截面積也將加大，\(i_D\)增加，因此可以通過改變\(v_{GS}\)控制\(i_D\)的大小。
總結：N溝道增強型MOS管在\(v_{GS}=0\)時沒有導電溝道，開啟電壓\(V_{GS}\)為正。工作時使用正電源，同時應將襯底接源極或者接到系統的最低電位上。
將柵極-源極之間的回路為輸入電路（控制端），以漏極-源極之間的回路為輸出回路（被控制端），這種稱為共源接法。如圖所示。
因為柵極和襯底間被二氧化硅絕緣層所隔離，在柵極和源極之間加上電壓\(v_{GS}\)后，雖然會發生電子的遷移，導電溝道截面積的改變，但是不會有柵極電流流通，可以認為柵極電等於零。柵極和源極之間的輸入電路沒有電流，也就不存在所謂的輸入電流的特性曲線。不過雖然柵極和源極之間沒有電流，但是由於\(v_{GS}\)的存在，導電溝道的形成，所以漏極和源極之間存在電流，輸出電路存在電流，所以我們可以研究輸出電流的特性曲線。圖里面給出了共源接法下的輸出特性曲線，這個曲線也成為MOS管的漏極特性曲線。
漏極特性曲線分為三個工作區。
當\(v_{GS}<V_{GS(th)}\)時，漏極和源極之間沒有導電溝道（電壓不夠大，沒有充分的吸引電子的移動，就導電溝道沒法形成），\(i_D \approx 0\)，這時D-S間的內阻非常大。所以將曲線上\(v_{GS}<V_{GS(th)}\)的區域稱為截止區。
當\(v_{GS} > V_{GS(th)}\)時，D-S間出現導電溝道，有\(i_D\)產生，這時又可以分成兩個區域。
漏極特性曲線上虛線左邊稱為可變電阻區。在這個區里面當\(v_{GS}\)一定時，\(i_{D}\)與\(v_{DS}\)之比近似地等於一個常數，具有類似與線性電阻的性質，等效電阻的大小和\(v_{GS}\)的數值有關。
漏極特性曲線上虛線以右的區域稱為恆流區。恆流區里漏極電流\(i_D\)的大小基本上由\(V_{GS}\)決定，\(V_{DS}\)的變化對\(i_D\)的影響很小。
P溝道增強型MOS管
P溝道增強型MOS管襯底是N型襯底，導電溝道是P型。因為襯底N型，電子多，導電溝道為P型，需要空穴作為載流子（這么看作吧），所以需要在柵極上加上足夠大的負電壓，才能把N型襯底上的少子空穴吸引到柵極下方的襯底表面，形成P型導電溝道，所以P溝道增強型MOS管的開啟電壓\(V_{GS(th)}\)為負值，這種MOS管工作時使用負電源，同時需要將襯底接源極或者接到系統的最高電位上。下圖就是P溝道增強型MOS管的結構和符號（箭頭指向電子多的地方）
P溝道增強型MOS管和N溝道增強型MOS管的特性差不多，但由於P溝道增強型MOS管采取的是負電源，所以他的輸出特性曲線相較於N溝道來說是反着的。
N溝道耗盡型MOS管
耗盡型MOS管的結構和增強型MOS管類似，區別在於耗盡型MOS管中，柵極下面的二氧化硅絕緣層中摻進了一定濃度的正離子，着寫正離子所吸引的電場足以將襯底中的少數載流子--電子吸引到柵極下面的襯底表面，在D-S間形成導電溝道。所以在\(v_{GS}=0\)時就已經由導電溝道存在了。\(v_{GS}\)為正時導電溝道變寬，\(i_D\)增大。\(v_{GS}\)為負時導電溝道變窄，\(i_D\)減小。直到\(v_{GS}\)小於某一個負電壓值時導電溝道才消失，MOS截止。\(V_{GS(off)}\)稱為N溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓。
下圖是N溝道耗盡型MOS管的符號，圖中D—S是連通的，表示\(v_{GS}=0\)時已有導電溝道存在。
在正常工作時，N溝道耗盡型MOS管的襯底同樣應該連接到源極或系統的最低電位上。
P溝道耗盡型MOS管
P溝道耗盡型MOS管與P溝道增強型MOS管的結構相同，不同的是在\(v_{GS}=0\)時已經由導電溝道的存在了。當\(v_{GS}\)為負時導電溝道進一步加寬，\(i_D\)的絕對值增加，而\(v_{GS}\)為正時導電溝道變窄，\(i_D\)的絕對值減小。，當\(v_{GS}\)的正電壓大於夾斷電壓\(V_{GS(off)}\)時，導電溝道消失，管子截止。
如圖是P溝道耗盡型MOS管的符號，工作時應將它的襯底和源極相連，或將襯底連接到系統的最高電位上。
四種MOS管的比較：
三極管
一個獨立的雙極型三極管由管芯，三個引出電極和外殼組成。
三個引出電極分別稱為基極(base)，集電極(collector)和發射極(emitter)。
外殼的形狀和材料不盡相同。
管芯由三層P型和N型半導體組合在一起而構成，有NPN型和PNP兩種。
因為在工作時有電子和空穴兩種載流子參與導電過程，所以稱為雙極型三極管。
（從圖上可以看出箭頭指向N型材料）
如果以基極b和發射極e之間的發射結作為輸入回路，則可以測出表示輸入電壓\(v_{BE}\)和輸入電流\(i_B\)之間關系的特性曲線，這個曲線稱為輸入特性曲線，如（a）所示。圖中的\(V_{ON}\)稱為開啟電壓。
如果以集電極c和發射極e之間的回路作為輸出回路，則可以測出在不同的\(i_B\)值下表示集電極電流\(i_C\)和集電極電壓\(v_{CE}\)之間關系的曲線，稱為輸出特性曲線。
從圖上可以看出集電極電流\(i_C\)不僅受\(v_{CE}\)的影響，還受輸入的基極電流\(i_B\)的控制。可以把b-e之間看作控制端，c-e之間看作被控制端，通過控制\(v_{BE}\)來控制\(i_B\)進而控制\(i_C\)。
輸出特性曲線可以分成三個區域。
特性曲線右邊水平的部分稱為放大區（或者叫線性區），特點是\(i_C\)隨\(i_B\)成正比變化，而幾乎不受\(v_{CE}\)變化的影響。
曲線靠近縱坐標軸的區域稱為飽和區。特點是\(i_C\)不再隨\(i_B\)以一定的比例增加，而趨於飽和（這里應該至這個比例區域飽和，無限大了）。
\(i_B=0\)的曲線以下稱為截止區。截止區的特點是\(i_C\)幾乎等於0。
門電路
開關電路
CMOS開關電路
用MOS管和三極管可以各自組成開關電路
如上圖就是N溝道增強型MOS管組成的開關電路，源極和柵極接在低電平的位置，漏極接一上拉電阻接在系統的高電位位置上。
當\(v_1=v_{GS}<V_{GS(th)}\)時，輸入電路的電壓小於MOS管的開啟電壓，所以MOS管工作在截止區，只要負載電阻\(R_D\)遠遠小於MOS的截止內阻，則輸出端即為高電平\(V_{OH} \approx V_{DD}\),這時MOS管D-S之間就相當於一個斷開的開關。
當\(v_1>V_{GS(th)}\)時，MOS管導通，當MOS的內阻遠遠小於負載電阻\(R_D\)時，輸出端將為低電平\(V_{OL} \approx 0\),這時MOS管的D-S間相當於一個閉合的開關（當然MOS的內阻在恆流區隨輸入電壓的改變而改變，這時電路工作在放大狀態，可以看作開關電路的中間狀態）。
所以只要電路參數選擇的合理，就可以使輸入為低電平時MOS管截止，開關電路輸出為高電平，當輸入為高電平時，MOS管導通，輸出電平為低電平。
TTL開關電路
有三極管的特性可以知道，當輸入電壓\(v_1\)為低電平時三極管工作在截止狀態，輸出為高電平，當\(v_1\)為高電平時三極管工作在飽和狀態，輸出為低電平。
所以，合理的選擇參數，保證\(v_1\)為低電平時小於開關電壓\(V_{ON}\)三極管工作在截止狀態，輸出電壓為高電平。當\(v_1\)為高電平時保證\(i_B\)大於基極飽和電流，三極管工作在深度飽和狀態，輸出電壓為低電平。三極管c-e間就相當於一個受\(v_1\)控制的開關。(具體的開關電壓和基極飽和電流怎么算就不是數電要考慮的問題了吧......那是模電的任務應該😂)
非門
CMOS非門
CMOS反相器(非門)結構如圖所示，由一個P溝道增強型MOS管(\(T_1\))和一個N溝道增強型MOS管(\(T_2\))構成。
當輸入電壓\(v_I\)為高電平時，\(T_1\)截止，\(T_2\)導通，輸出電壓\(v_o\)為低電平。
當輸入電壓\(v_I\)為低電平時，\(T_2\)截止，\(T_1\)導通，輸出電壓\(v_o\)為高電平。
所以輸出與輸入是邏輯非的關系，通常也將非門稱為反相器（inverter）。
無論輸入電壓\(v_I\)是高電平還是低電平，兩個MOS管總有一個導通另一個截止。即所謂的互補狀態。所以這種電路結構形式又稱為互補對稱式金屬-氧化物-半導體電路（Complementary-Symmetry Metal-Oxide-Semiconductor Circuit），簡稱CMOS電路。
由於靜態下無論輸入電平的高低，兩個MOS管總有一個截止另一個導通，而且截止內阻很大，所以流過兩個MOs管的靜態電流很小，所以CMOS反相器的靜態功耗極小。這也是CMOS電路的一大特點。
TTL非門
與非門，或非門
CMOS與非門，或非門
根據MOS管的特性和互補結構，也可以設計出與非門和或非門的結構。
對於CMOS與非門，只有當輸入電壓\(A\),\(B\)都為高電平時，\(T_1\),\(T_3\)截止，\(T_2\),\(T_4\)導通。輸出電壓\(Y\)為低電平，其他情況下，\(T_1\)和\(T_3\)中有一個導通，\(T_2\)和\(T_4\)中有一個截止，輸出電壓\(Y\)為高電平。
對於CMOS或非門，只有當輸入電壓\(A\),\(B\)都為低電平時，\(T_1\),\(T_3\)導通，\(T_2\),\(T_4\)截止。輸出電壓\(Y\)為高電平，其他情況下，\(T_1\)和\(T_3\)中有一個截止，\(T_2\)和\(T_4\)中有一個導通，輸出電壓\(Y\)為低電平。
上面門電路的結構很簡單，但缺點也很明顯，輸出電阻隨輸入狀態的變化很大（會出現MOS管內阻的串聯和並聯），那這樣就導致輸出特性的不穩定，所以在實際生產的CMOS電路中都會在輸出帶有緩沖級，就是在門電路的每個輸入端輸出端各增設一級反相器。
這些帶緩沖級的門電路其輸出電阻，輸出的高低電平以及電壓傳輸特性將不受輸入端狀態的影響。（只與反相器的特性有關）。
傳輸門
利用P溝道MOS管和N溝道MOS管的互補性可以接成如圖結構的CMOS傳輸門。\(T_1\)是N溝道增強型MOS管，\(T_2\)是P溝道增強型MOS管。
因為\(T_1\)和\(T_2\)的源極和漏極在結構上是完全對稱的，所以將傳輸門畫成這種形式。
當\(C^{\prime}\)接低電平，\(C\)接高電平時，兩個MOS管導通，傳輸門導通。當\(C^{\prime}\)接高電平，\(C\)接低電平時，兩個MOS管截止，傳輸門截止。
利用CMOS傳輸門和CMOS反相器可以組合成各種復雜的邏輯電路。
傳輸門的另一個重要用途是作模擬開關，用來傳輸連續變化的模擬電壓信號。
線與
線與邏輯，即兩個輸出端（包括兩個以上）直接互連就可以實現“AND”的邏輯功能。
就是說可以在不用與門器件的情況下實現"與"的邏輯，兩條連線直接相連，不借助於邏輯器件實現與的功能。比如現在由兩個輸出A和B，經A與B直接相連，只有兩個輸出都為高電平，這條線的輸出才為高電平，否則為低電平。一般用OC門或OD門實現線與邏輯。
線與的邏輯符號是畫在線與連接點處的與門輪廓。
OD門
在CMOS電路中，為了滿足輸出電平變換，吸收大負載電流以及實現線與連接等需要，有時將輸出級電路結構改為一個漏極開路輸出的MOS管，構成漏極開路輸出(Open-Drain Output)門電路，簡稱OD門。
如圖是一個OD輸出與非門，邏輯符號里面的菱形記號表示OD輸出結構。
只要滿足\(T_N\)的截止內阻遠遠大於負載電阻\(R_L\)遠遠大於\(T_N\)的導通電阻，就可以使\(T_N\)截止時，輸出電壓\(v_o=V_{OH} \approx V_{DD2}\)，輸出高電平，當\(T_N\)導通時，\(v_o=V_{OL} \approx 0\),輸出低電平。
OD門的作用：
一方面因為\(V_{DD2}\)可以選為不同於\(V_{DD1}\)的數值，所以就很容易將輸入的高、低電平（\(V_{DD1}\)/0）轉化為輸出的高、低電平(\(V_{DD2}\)/0)了。
另一方面可以將幾個OD門的輸出端直接相連，實現線與邏輯。
從圖上可以看出，只有當\(Y_1\)、\(Y_2\)都為高電平時輸出\(Y\)才為高電平，否則輸出為低電平，所以\(Y_1\),\(Y_2\)和\(Y\)之間使與邏輯的關系，即
OC門
推挽結構（推拉結構）一般是指兩個三極管分別受兩互補信號的控制，總是在一個三極管導通的時候另一個截止。
推拉式輸出電路雖然輸出電阻很低，但是不能把他們的輸出端直接並聯接成線與結構。
倘若一個門的輸出式高電平而另一個門的輸出是低電平，則輸出端並聯之后必然有很大的負載電流同時流過這兩個門的輸出級。這個電流的數值將遠遠超過正常工作電流，可能還是門電路損壞。
三態門
三態輸出門電路的輸出除了有高，低電平這兩個狀態以外，還有第三個狀態-高阻態。因為這種電路結構總是接在集成電路的輸出端，所以也將這種電路稱為輸出緩沖器。
當\(EN^{\prime}=0\)時，若A=1，Y=0，若A=0，Y=1；所以\(Y=A^{\prime}\),反相器處於正常工作狀態。
若\(EN^{\prime}=1\)時，不管A的狀態如何，\(G_4\)輸出高電平而\(G_5\)輸出低電平，\(T_1\)和\(T_2\)同時截止，輸出呈現高阻態。
反相器符號內的三角形記號表示三態輸出結構。
三態門可以用於總線的連接。
CMOS電路與TTL電路
CMOS電路
兩個MOS管總有一個導通另一個截止。即所謂的互補狀態。所以這種電路結構形式又稱為互補對稱式金屬-氧化物-半導體電路（Complementary-Symmetry Metal-Oxide-Semiconductor Circuit），簡稱CMOS電路。
TTL電路
電路的輸入端和輸出端均為三極管結構，稱為三極管-三極管邏輯電路(Transistor-Transistor Logic),簡稱TTL電路。
CMOS電路TTL電路優缺點
1.CMOS是場效應管構成(單極性電路)，TTL為雙極晶體管構成（雙極性電路）
2.COMS的邏輯電平范圍比較大（5～15V），TTL只能在5V下工作
3.CMOS的高低電平之間相差比較大、抗干擾性強，TTL則相差小，抗干擾能力差
4.CMOS功耗很小，TTL功耗較大（1～5mA/門）
5.CMOS的工作頻率較TTL略低，但是高速CMOS速度與TTL差不多相當
6.CMOS的噪聲容限比TTL噪聲容限大
7.通常以為TTL門的速度高於“CMOS門電路。影響 TTL門電路工作速度的主要因素是電路內部管子的開關特性、電路結構及內部的各電阻阻數值。電阻數值越大，工作速度越低。管子的開關時間越長，門的工作速度越低。門的速度主要體現在輸出波形相對於輸入波形上有“傳輸延時”tpd。將tpd與空載功耗P的乘積稱為“速度-功耗積”，做為器件性能的一個重要指標，其值越小，表明器件的性能越 好（一般約為幾十皮（10-12）焦耳）。與TTL門電路的情況不同，影響CMOS電路工作速度的主要因素在於電路的外部，即負載電容CL。CL是主要影響器件工作速度的原因。由CL所決定的影響CMOS門的傳輸延時約為幾十納秒。
8.TTL電路是電流控制器件，而coms電路是電壓控制器件。