首先考虑两种极限情况：当vI处于逻辑0时，相应的电压近似为0V；而当vI处于逻辑1时，相应的电压近似为VDD。假设在两种情况下N沟道管TN为工作管P沟道管TP为负载管。但是，由于电路是互补对称的，这种假设可以是任意的，相反的情况亦将导致相同的结果。左图分析了当vI=VDD时的工作情况。在TN的输出特性iD—vDS（vGSN=VDD）(注意vDSN=vO)上，叠加一条负载线，它是负载管TP在vSGP=0V时的输出特性iD－vSD。由于vSGP曲线几乎是一条与横轴重合的水平线。两条曲线的交点即工作点。显然，这时的输出电压vOL≈0V（典型值<10mV，而通过两管的电流接近于零。这就是说，电路的功耗很小（微瓦量级）左图分析了另一种极限情况，此时对应于vI=0V。此时工作管TN在vGSN=0的情况下运用，其输出特性iD－vDS几乎与横轴重合，负载曲线是负载管TP在vsGP=VDD时的输出特性iD－vDS。由图可知，工作点决定了VO=VOH≈VDD；通过两器件的电流接近零值。可见上述两种极限情况下的功耗都很低。由此可知，基本CMOS反相器近似于一理想的逻辑单元，其输出电压接近于零或+VDD，而功耗几乎为零。
传输特性
左图为CMOS反相器的传输特性图。图中VDD=10V，VTN=|VTP|=VT=2V。由于VDD>（VTN+|VTP|），因此，当VDD-|VTP|>vI>VTN时、TN和TP两管同时导通。考虑到电路是互补对称的，一器件可将另一器件视为它的漏极负载。还应注意到，器件在放大区（饱和区）呈现恒流特性，两器件之一可当作高阻值的负载。因此，在过渡区域，传输特性变化比较急剧。两管在VI=VDD/2处转换状态。
工作速度
CMOS反相器在电容负载情况下，它的开通时间与关闭时间是相等的，这是因为电路具有互补对称的性质。下图表示当vI=0V时，TN截止，TP导通，由VDD通过TP向负载电容CL充电的情况。由于CMOS反相器中，两管的gm值均设计得较大，其导通电阻较小，充电回路的时间常数较小。类似地，亦可分析电容CL的放电过程。CMOS反相器的平均传输延迟时间约为10ns。
双极型门电路
TTL是transistor-transistorlogic的缩写，就是晶体管到晶体管逻辑电路的意思。COMS是MOS管的，TTL就是晶体管的。TTL门电路是双极型集成电路，与分立元件相比，具有速度快、可靠性高和微型化等优点，分立元件电路已被集成电路替代。二极管构成的与门和或门。由于实际的二极管并不是理想的，正向导通时存在压降（硅管均为0.7V），所以低电平信号经过一级与门后，其电平将升高0.7V；高电平信号每经过一级或门其电平将下降0.7V。也就是说由二极管构成的与门和或门均不能用以构成实用的逻辑电路。为克服二极管门电路的上述缺点，可采用具有反相放大特性的三极管来构成门电路，即TTL门电路。LSTTL与非门电路：该电路可以看作由二极管D1、D2构成的与门、三极管T2构成的非门及用三极管T3、T4取代R3′，T2的BE结取代RB的改进型与非门的组合。1、LSTTL门电路的静态特性：(1)LSTTL门电路的静态输入特性、(2)LSTTL门电路的静态输出特性、LSTTL电路中的74LS125芯片有如图所示三态输出方式：0、1和高电阻。三态电路特别适合于总线结构系统和外围电路，也适用于数字控制设备，数字仪表中一般逻辑电路间的连接。(3)LSTTL门电路的电压传输特性、(4)LSTTL门电路的抗干扰特性――噪声容限UNLSTTL门电路的输入低电平噪声容限VNL=0.3V，输入高电平噪声容限VNH=0.5V。2、LSTTL门电路的动态特性：(1)LSTTL门电路的平均传输延迟时间
TP，由于二极管和三极管由导通到截止或者由截止到导通都需要时间，且受到电路中的寄生电容和负载电容等的影响，电路的输出波形总是滞后于输入波形。(2)LSTTL门电路的动态尖峰电流，在电源电流脉冲的边沿(主要是下降沿)产生了尖峰，这就是动态尖峰电流。3、LSTTL门电路的温度特性：温度变化对LSTTL门电路电气性能的影响比对CMOS门电路影响大得多，主要是：
1、输入高电平通过图2.30中D1、D2的漏电流I1H随温度升高而增大。OC门输出高电平或输出高电阻状态的漏电流IOZ会增大，电路的输出驱动能力将下降。2、输出高电平VOHP随温度降低而降低。其原因是VOH=VCC－2VBE，温度降低导致VBE增大，故VOH减小。根据噪声容限的概念，VOH的减小则系统的抗干扰能力降低。3、LSTTL门电路的阈值电压VT主要取决于VD和VBE1，于是VT随着温度的升高而下降。因温度每升高1℃，则PN结压降低减小2mV，所以当温度从－55℃上升到+125℃时，VT将下降300mV以上。
普通的TTL门电路和其他类型的双极型集成门电路：
1、普通TTL门电路：①将LSTTL门电路74LS00中的肖特基三极管换成普通三极管，将肖特基二极管换成普通二极管，将输入端的二极管与门换成多射极晶体管输与门，普通TTL与非门电路。②三3输入与非门7410的工作状态表。2、ECL门电路(1)“发射极耦合逻辑”门电路，简称为ECL门电路，是一种非饱和型的高速逻辑电路。(2)ECL或/或非门的电压传输特性。(3)ECL电路与TTL电路相比较优点主要表现在：①由于输出端采用射极输出结构，故输出电阻很低，带负载能很强。例如国产CE10K系列门电路能驱动同类门电路数目达90个以上。②工作速度最快。③ECL电路可以直接将输出端并联以实现“线或”的逻辑功能，同时有、互补的输出端，使用非常方便。④由于T1～T5管的ic几乎相等，故电路开关过程中电源电流几乎没有变化，电路内部的开关噪声很小。缺点主要表现在：①功耗大。②抗干扰能力差，即噪声容限低，因为ECL电路的逻辑摆幅仅0.8V，直流噪声容限仅200mV左右。③输出电平的稳定性较差。3、I2L电路：(1)集成注入逻辑”门电路，简称I2L电路，它具有结构简单，功耗低的优点，特别适合制成大规模集成电路。(2)I2L电路的多集电极输出结构在构成复杂逻辑电路时十分方便。(3)I2L门电路与TTL门电路的比较
I2L电路的优点主要表现在：①I2L电路能在低电压、微电流下工作。②I2L门电路结构简单。③各逻辑单元之间不需要隔离。I2L电路的缺点主要表现在：①开关速度慢。②抗干扰能力差。
BicMOS门电路
综述
双极型CMOS或BiCMOS的特点在于，利用了双极型器件的速度快和MOSFET的功耗低两方面的优势，因而这种逻辑门电路受到用户的重视。
BiCMOS反相器
右图表示基本的BiCMOS反相器电路，为了清楚起见，MOSFET用符号M表示BJT用T表示。T1和T2构成推拉式输出级。而Mp、MN、M1、M2所组成的输入级与基本的CMOS反相器很相似。输入信号vI同时作用于MP和MN的栅极。当vI为高电压时MN导通而MP截止；而当vI为低电压时，情况则相反，Mp导通，MN截止。当输出端接有同类BiCMOS门电路时，输出级能提供足够大的电流为电容性负载充电。同理，已充电的电容负载也能迅速地通过T2放电。上述电路中T1和T2的基区存储电荷亦可通过M1和M2释放，以加快电路的开关速度。当vI为高电压时M1导通，T1基区的存储电荷迅速消散。这种作用与TTL门电路的输入级中T1类似。同理，当vI为低电压时，电源电压VDD通过MP以激励M2使M2导通，显然T2基区的存储电荷通过M2而消散。可见，门电路的开关速度可得到改善。
BiCMOS门电路
根据前述的CMOS门电路的结构和工作原理，同样可以用BiCMOS技术实现或非门和与非门。如果要实现或非逻辑关系，输入信号用来驱动并联的N沟道MOSFET，而P沟道MOSFET则彼此串联。正如下图所示的2输入端或非门。当A和B均为低电平时，则两个MOSFETMPA和MPB均导通，T1导通而MNA和MNB均截止，输出L为高电平。与此同时，M1通过MPA和MpB被VDD所激励，从而为T2的基区存储电荷提供一条释放通路。另一方面，当两输入端A和B中之一为高电平时，则MpA和MpB的通路被断开，并且MNA或MNB导通，将使输出端为低电平。同时，M1A或M1B为T1的基极存储电荷提供一条释放道路。因此，只要有一个输入端接高电平，输出即为低电平。
综上所述，本文已为讲解逻辑门电路工作原理，相信大家对逻辑门电路工作原理的认识越来越深入，希望本文能对各位读者有比较大的参考价值。
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