La première famille CMOS fut la série 4000 CMOS. Elle est composée de transistors MOS à enrichissement
à canal P et à canal N. Elle est apparue sous le nom de la série 4000 CMOS puis, aprés quelques améliorations,
sous le nom de la série bufférisée appelée 4xxx B et non bufférisée la série 4xxx UB.
Les familles CMOS ont la particularité incroyable de présenter une consommation
nulle au repos contrairement aux circuits TTL assez consommateurs. De plus, on peut oublier les contraintes
sévères sur la tension d'alimentation 5 V des TTL, la série 4xxx s'alimente entre 3 V et 18 V.
Elle offre de nouvelles fonctions tels que les interrupteurs analogiques irréalisables avec les transistors bipolaires.
Ces circuits n'ont pas que des qualités, ils sont caractérisés par une lenteur qui a freiné leur commercialisation.
De plus, le prix d'un circuit CMOS, comprenant 4 portes logiques, était à sa sortie proche des 20 $.
Malgré sa lenteur, le marché s'est ouvert à la famille CMOS pour les applications nécessitant une faible consommation.
Pour concurrencer la famille TTL, la famille 74 C est apparue sur le marché. La structure
interne de la famille 74 C est la même que la famille 4xxx B mais le
brochage et les fonctions sont les mêmes que la famille TTL. Ainsi, elle bénéficie de la popularité de la famille TTL.
La série UB ne comporte que quelques circuits intégrés, toutefois, nous allons étudier
cette série pour simplifier l'étude.
La série 4xxx B est composée de trois inverseurs UB en série. Nous voyons que la fonction de transfert
sortie/entrée de l'inverseur B est plus idéal que la UB.
La série UB est utilisée en amplificateur (oscillateur à quartz par exemple).
Les diodes D1, D2, D3 et D4 sont des diodes de protection. Elles évitent des surtensions sur les entrées ou sorties en limitant Vi et Vo à Vdd+0,7V et Vss-0,7 V. Toutefois, ces diodes sont responsables du latch-up.
Pour Vi > à 2,5 V (> à VP) alors, le transistor T1 se comporte comme une résistance Rds reliée à la masse.
Rds = Ro/(Vgs - Vp) avec Vgs > Vp. Vp est appelée tension de pincement.
En sortie, nous aurons donc un état logique 0 si l'état logique 1 est appliqué en entrée.
Si au contraire Vi = 0V (Vgs = 0V), soit un état logique 0 en entrée de la porte, alors T1 est bloqué car Vgs = 0 V > Vp. Mais T2 (transistor à canal P) est passant car Vgs > -Vp entre le drain et la source, nous aurons une résistance Rds dépendante de Vgs de T2.
En sortie, nous aurons un état logique 1.
Remarque: Nous voyons l'influence de la tension Vi sur la valeur de la résistance de sortie Rds de la porte.
Bien entendu, il vaut mieux avoir Rds la plus petite possible afin d'avoir la constante de temps tau = Rds . C la plus petite possible et donc de charger rapidement la capacité de charge (cette capacité peut être la capacité de l'entrée d'une porte ou d'un câble)..
Pour cela, il faudra alimenter le circuit sous la plus grande tension d'alimentation VDD=18 V (attention alors à la puissance dissipée) afin d'avoir des tensions Vgs de 18 V donc Rds très faible.
