CMOS反相器的工作原理

CMOS反相器由一个PMOS管、一个NMOS管、一个输入源Vi和一个直流电源Vcc组成。 具体的真值表如下图所示

Vi10Vo01

①当Vi为低电平时，对于下管有Vgs<Vgs(th)，NMOS截止； 对于上管有|Vg₁s_1|>|Vgs(th)|，且|Vg₁s₁|足够大，PMOS管进入可变电阻区，管压降很小，Vo=Vcc。 ②当Vi为高电平时，对于上管有|Vg₁s₁|<|Vgs(th)|，PMOS截止； 对于下管有Vgs>Vgs(th)，且Vgs足够大，NMOS管进入可变电阻区，管压降很小，Vo=0。

CMOS反相器的动态传输特性

现在探讨在Vi变化时，Vo的变化，对于给定输入Vi，我们可以画出上下两管的输出特性曲线(假设上下两管各参数相同)。首先画出NMOS管输出特性曲线， 然后画出PMOS管输出特性曲线 因为Vs₁g₁+Vgs=Vcc；Vi=Vgs，Vs₁g₁=Vcc-Vgs； 同时通过两个MOS管电流相等，Vs₁d₁+Vds=Vcc； 因此画出PMOS管以Vcc-Vs₁d₁为横坐标-Id为纵坐标的输出特性曲线(Vs₁g₁=Vcc-Vgs)；画出NMOS管以Vds为横坐标，Id为纵坐标的曲线(Vgs=Vi)。两曲线的交点就是，输出为Vi时两MOS管的工作点，设交点坐标为(A,B) A=Vds=Vo；此时的Vgs就是Vi，最后可以作出Vo-Vi的动态曲线，如下图所示 由图中易知Vgs(th)=2V，Vcc>2Vgs(th) ①0<Vi<2 Vgs<2V ；Vs1g1>>2V；此时上管在可变电阻区，导通，管压降忽略不计，下管截止，输出电压Vo=Vcc ②2<Vi<4 Vgs>2V；Vs1g1>>2V；此时上管仍在可变电阻区，但Vs1g1减小，导通压降略微上升；下管工作于恒流区，导通压降很大；此时输出电压等于Vds(仍为高电平) ③4<Vi<6 此时两管皆处于恒流区，上下管管压降都较大