兩個(gè)MOS管的開啟電壓VGS(th)P<0, VGS(th)N >0,通常為了保證正常工作,要求VDD>|VGS(th)P|+V GS(th)N。若輸入vI為低電平(如0V),則負(fù)載管導(dǎo)通,輸入管截止,輸出電壓接近VDD。若輸入vI為高電平(如VDD),則輸入管導(dǎo)通,負(fù)載管截止,輸出電壓接近0V。
綜上所述,當(dāng)vI為低電平時(shí)vo為高電平;vI為高電平時(shí)vo為低電平,電路實(shí)現(xiàn)了非邏輯運(yùn)算,是非門——反相器。
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(1)CMOS反相器的電壓傳輸特性曲線可分為五個(gè)工作區(qū)。
工作區(qū)Ⅰ:由于輸入管截止,故vO=VDD,處于穩(wěn)定關(guān)態(tài)。
工作區(qū)Ⅲ:PMOS和NMOS均處于飽和狀態(tài),特性曲線急劇變化,vI值等于閾值電壓Vth。
工作區(qū)Ⅴ:負(fù)載管截止,輸入管處于非飽和狀態(tài),所以vO≈0V,處于穩(wěn)定的開態(tài)。
(2)CMOS反相器的電流傳輸特性曲線,只在工作區(qū)Ⅲ時(shí),由于負(fù)載管和輸入管都處于飽和導(dǎo)通狀態(tài),會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的電流。其余情況下,電流都極小。
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(1) 靜態(tài)功耗極低。在穩(wěn)定時(shí),CMOS反相器工作在工作區(qū)Ⅰ和工作區(qū)Ⅴ,總有一個(gè)MOS管處于截止?fàn)顟B(tài),流過的電流為極小的漏電流。
(2) 抗干擾能力較強(qiáng)。由于其閾值電平近似為0.5VDD,輸入信號(hào)變化時(shí),過渡變化陡峭,所以低電平噪聲容限和高電平噪聲容限近似相等,且隨電源電壓升高,抗干擾能力增強(qiáng)。