CMOS反相器工作原理及传输特性
cmos反相器
mosfet有p沟道和n沟道两种，每种中又有耗尽型和增强型两类。由n沟道和p沟道两种mosfet组成的电路称为互补mos或cmos电路。
下图表示cmos反相器电路，由两只增强型mosfet组成，其中一个为n沟道结构，另一个为p沟道结构。为了电路能正常工作，要求电源电压vdd大于两个管子的开启电压的绝对值之和，即
vdd＞(vtn＋|vtp|) 。
cmos反相器工作原理
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。
下图分析了当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＜vt（vtn=|vtp|=vt），负载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）
下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。
cmos反相器传输特性
下图为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。
cmos反相器工作速度
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。
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下图表示cmos反相器电路，由两只增强型mosfet组成，其中一个为n沟道结构，另一个为p沟道结构。为了电路能正常工作，要求电源电压vdd大于两个管子的开启电压的绝对值之和，即
vdd＞(vtn＋|vtp|) 。
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下图分析了当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＜vt（vtn=|vtp|=vt），负载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）
下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。
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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。
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