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图一反相器
CMOS反相器由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成。通常P沟道管作为负载管，N沟道管作为输入管。这种配置可以大幅降低功耗，因为在两种逻辑状态中，两个晶体管中的一个总是截止的。处理速率也能得到很好的提高，因为与NMOS型和PMOS型反相器相比，CMOS反相器的电阻相对较低。
图二 逻辑符号
图三 CMOS反相器工作原理图
电路图工作原理
当Ui=UIH = VDD,VTN导通,VTP截止,Uo =Uol≈0V 当Ui= UIL=0V时,VTN截止,VTP导通,UO = UOH≈VDD
2.2、COMS反相器的特性
CMOS反相器特点： vIN 作为PMOS和NMOS的共栅极；
vOUT 作为共漏极；
图四 说明例图 vDD 作为PMOS的源极和体端；
GND作为NMOS的源极和体端；
2.2 CMOS反相器的特性分析
①电压传输特性和电流传输特性
(1)CMOS反相器的电压传输特性曲线可分为五个工作区。
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图五 CMOS反相器电压传输特性
工作区Ⅰ：由于输入管截止，故vO=VDD，处于稳定关态。
工作区Ⅲ：PMOS和NMOS均处于饱和状态，特性曲线急剧变化，vI值等于阈值电压Vth。
工作区Ⅴ：负载管截止，输入管处于非饱和状态，所以vO≈0V，处于稳定的开态。 (2)CMOS反相器的电流传输特性曲线，只在工作区Ⅲ时，由于负载管和输入管都处于饱和导通状态，会产生一个较大的电流。其余情况下，电流都极小。
图六 CMOS反相器电流传输特性
②输入特性与输出特性 （1） 输入特性
为了保护栅极和衬底之间的栅氧化层不被击穿，CMOS输入端都加有保护电路。 由于二极管的钳位作用，使得MOS管在正或负尖峰脉冲作用下不易发生损坏。考
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虑输入保护电路后，CMOS反相器的输入特性如图七所示：
i 图七 CMOS反相器输入特性 －（2） 输出特性 a.低电平输出特性
当输入vI为高电平时，负载管截止，输入管导通，负载电流IOL灌入输入管，如图八所示。灌入的电流就是N沟道管的iDS，输出特性曲线如图九所示。输出电阻的大小与vGSN(vI)有关，vI越大，输出电阻越小，反相器带负载能力越强。
(iDSN) VDD T PIOL RL vI(vGSN) IOL vO=VOL vI=VDD TN VOL(vDSN) 图八 输出低电平等效电路 图九 输出低电平时特性 OVvb.高电平输出特性
当输入vI为低电平时，负载管导通，输入管截止，负载电流是拉电流，如图十所示。输出电压VOH=VDD-vSDP，拉电流IOH即为iSDP，输出特性曲线如图十一所示。由曲线可见，|vGSP|越大，负载电流的增加使VOH下降越小，带拉电流负载能力就越强。 IOH VDD vGST P IOH VOH vI=0 TN RL O VD 图十 输出高电平等效电路 图十一 输出高电平时特性 ③电源特性
CMOS反相器的电源特性包含工作时的静态功耗和动态功耗。静态功耗非常小，通常可忽略不计。
CMOS反相器的功耗主要取决于动态功耗，尤其是在工作频率较高时，动态
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功耗比静态功耗大得多。当CMOS反相器工作在第Ⅲ工作区时，将产生瞬时大电流，从而产生瞬时导通功耗PT。此外，动态功耗还包括在状态发生变化时，对负载电容充、放电所消耗的功耗。
第三章
CMOS反相器的电路仿真
3.1 CMOS反相器的电路图设计
第一步：首先利用LTspice进行电路图设计的仿真，步骤如下： 1、添加pmos(nmos管同理)：
注意:其中，mos管的初始方向都是同向的，所以PMOS要旋转＋倒置，其中CTRL+R的功能是旋转，而ctrl+E的功能是镜像的作用。如图所示：
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