mosfet有p溝道和n溝道兩種，每種中又可分為耗盡型和增強型兩類。由n溝道和p溝道m(xù)osfet組成的電路稱為互補mos或cmos電路。
圖1(a)表示cmos反相器電路，由兩種增強型mosfet組成，其中一個為n溝道，另一個為p溝道。圖1(b)為其簡化畫法。為了電路能正常工作，要求電源電壓vdd＞(vtn+|vtp|)
1.工作原理
首先考慮兩種極限情況：當v1輸入邏輯0時，相應(yīng)的電壓近似為0v；而當v1輸入邏輯1時，相應(yīng)的電壓近似為vdd。假設(shè)n溝道管tn為工作管，p溝道管tp為負載管。由于電路是互補對稱的，這種假設(shè)可以是任意的，其結(jié)果相同 。
圖2分析了當v1＝vdd時的工作情況。參看圖2(b)。在tn的輸出特性id-vds曲線簇中選擇vgsn=vdd，并疊加一條負載線，它是負載管tp在vsgp=0v時的輸出特性id-vsd。由于vsgp＜vt(vtn=|vtp|=vt)，負載曲線幾乎是一條與橫軸重合的水平線。兩條曲線的交點即工作點。顯然，這時的vdsn=0v，由于電路的輸出vo=vdsn，故vol＝0v(典型值＜10mv)，而通過兩管的電流接近于零。這就是說，電路的功耗很?。ㄎ⑼邤?shù)量級）。
(a)電路
(b)簡化電路
圖1 cmos反相器
(a)電路
(b)圖解
圖2 cmos反相器在輸入為高電平時的圖解分析
圖3分析了另一種極限情況，此時對應(yīng)于vi＝0v，其工作狀態(tài)示于圖3(b)中。此時工作管tn在vgsn＝0的情況下運用，其輸出特性id-vds幾乎與橫軸重合，負載曲線是負載管tp在vgsp=vdd時的輸出特性id-vds。由圖可知，工作點決定了voh≈vdd；通過兩器件的電流接近于零值?？梢娚鲜鰞煞N極限情況下的功耗都很低。
(a)電路
(b)圖解
圖3 cmos反相器在輸入為低電平時的圖解分析
由此可知，基本cmos反相器近似于理想的邏輯單元，其輸出電壓接近于零或＋vdd，而功耗幾乎為零。
2.傳輸特性
coms反相器的傳輸特性可仿照前述圖解步驟來求得，改變v1的值，可得出相應(yīng)的v0值。圖4表示cmos反相器的典型傳輸特性。圖中vdd＝10v，vtn=|vtp|=vt=2v。由于vdd＞(vtn+|vtp|)，因此，當vdd-|vtp|>vi＞vtn時，tn和tp兩管同時導(dǎo)通?？紤]到電路是互補對稱的，一器件可將另一器件視為它的漏極負載。還應(yīng)注意到，器件在放大區(qū)（飽和區(qū)），呈現(xiàn)恒流特性，兩器件之一可當做高阻值的負載。因此，在過渡區(qū)域，傳輸特性變化比較急劇。兩管在idd/2處轉(zhuǎn)換狀態(tài)。
圖4 cmos反相器的傳輸特性
3.工作速度
cmos反相器在電容負載情況下，它的開通時間與關(guān)閉時間是相等的，這是因為電路具有互補對稱的性質(zhì)。圖5表示當vi＝0v時，tn截止，tp導(dǎo)通，由vdd通過tp向負載電容cl充電的情況。由于cmos反相器中，兩管gm值均設(shè)計得較大，其導(dǎo)通電阻較小，充電回路的時間常數(shù)較小。電容cl的放電過程類似。cmos反相器的平均傳輸延遲時間約為10ns。
(a)電路
(b)負載電容充電
圖5 cmos反相器在電容負載下的工作情況