CMOS反相器輸出特性

反相器的意思就是“反轉(zhuǎn)”，是將輸入的信號(hào)電平反轉(zhuǎn)輸出的電路。圖10.5是將MOS晶體管置換為開(kāi)關(guān)的反相器電路。就是說(shuō)p溝/n溝MOS晶體管承擔(dān)這個(gè)開(kāi)關(guān)的任務(wù)。

1．Vin＝Vss的場(chǎng)合

n溝MOS晶體管的VGS為OV，處于OFF狀態(tài)。p溝MOS晶體管的襯底與VDD等電位，所以等效地VGS為VDD，處于ON狀態(tài)。所以作為反相器來(lái)說(shuō)，n溝MOS晶體管OFF時(shí)只有漏電流（幾乎為零）流動(dòng)，如圖10. 6（a）所示，輸出電壓Vout除非不取出電流，否則幾乎與VDDr等電壓。

2．Vin＝VDD的場(chǎng)合

p溝MOS晶體管OFF，n溝MOS晶體管ON，p溝MOS晶體管OFF時(shí)只有漏電流。所以，輸出電壓Vout如圖10. 6（b）所永，接近Vss的電位。

3．Vss《Vin《VTN的場(chǎng)合

其特性與Vin=Vss的場(chǎng)合大致相同。

4．（VDD-｜VTP｜）《Vin《VDD的場(chǎng)合

其特性與Vin=VDD的場(chǎng)合大致相同。

5，VTN≤Vin≤（VDD -｜VTP｜）的場(chǎng)合

這時(shí)，p溝MOS晶體管與n溝MOS晶體管的阻抗的大小逆轉(zhuǎn)，反相器的輸出處于從“H”變化為“L”的過(guò)渡點(diǎn)。把這時(shí)的輸入電壓叫做邏輯閾值電壓或者電路

閾值電壓。

這期間，n溝MOS晶體管與p溝MOS晶體管都處于ON狀態(tài)，n溝MOS晶體管中，VDS= VoutVGS= Vin

同樣地，p溝MOS晶體管中，

VDS=Vout-VDD

VGS=Vin-VDD

因而n溝MOS晶體管與p溝MOS晶體管在飽和區(qū)中IDS的表達(dá)式分別變形為

下式：

—IDS=KP（Vin-VDD-｜VTP｜）2 （10.1）

IDS=KN（Vin-｜VTN|）2 （10. 2）

cmos反相器概述

反相器是可以將輸入信號(hào)的相位反轉(zhuǎn)180度，這種電路應(yīng)用在模擬電路，比如說(shuō)音頻放大，時(shí)鐘振蕩器等。在電子線路設(shè)計(jì)中，經(jīng)常要用到反相器。CMOS反相器電路由兩個(gè)增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管組成。典型TTL與非門(mén)電路電路由輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)組成。

CMOS反相器工作原理

（1）工作原理

①輸入低電平Ui=0 時(shí)

VN截止， VP導(dǎo)通Uo≈VDD

②輸入高電平， UI = +UDD

VN導(dǎo)通， Vp截止Uo≈0v

（2）電壓傳輸特性

（截止區(qū)） AB：UI《VTNVN截止、 VP導(dǎo)通。

（導(dǎo)通區(qū)） CD：UI》VDD-VTPVN導(dǎo)通、VP 截止。

（轉(zhuǎn)折區(qū)） BC：閾植電壓：UTH =1/2UDD若VI=UTH=1/2UDD則ID達(dá)最大。

（3）輸入保護(hù)電路

圖2輸入保護(hù)電路

（4）功耗

①靜態(tài)：總是一管導(dǎo)通一管止，漏電流很小，功耗小，只有幾微瓦（TTL靜態(tài)功耗單位 mw）。

②動(dòng)態(tài)：轉(zhuǎn)換是電流大，（若工作頻率高，功耗 mw左右）。

（5）CMOS的特點(diǎn)

①微功耗??； ②對(duì)電源電壓適應(yīng)性強(qiáng)（3---18V）；③抗干擾能力強(qiáng)；④帶負(fù)載能力強(qiáng)（扇出系數(shù)大于100以上）。