Principios de electrónica, 7ma Edición - Albero Malvino

470 Capítulo 14
Figura 14.21
Inversor CMOS. (a) Circuito. (b) Gráfica de entrada-salida.
+V DD
Q 1
v out
v in
v out
V DD
(a)
Q 2
V DD
2
V DD
2
(b)
V DD
v in
sumo de corriente en un circuito digital consiste en utilizar dispositivos CMOS (Complementary MOS, MOS
complementario). En este caso, el diseñador de circuitos integrados combina transistores MOSFET de canal n y
de canal p.
La Figura 14.21a muestra el mecanismo. Q 1 es un MOSFET de canal p y Q 2 es un MOSFET de canal n. Estos
dos dispositivos son complementarios; es decir, los valores de V GS(umbral) , V GS(on) , I D(on) , etc. son iguales pero de signos
opuestos. El circuito es similar al de un amplificador de clase B, puesto que un MOSFET conduce mientras
que el otro no.
Funcionamiento básico
Cuando se utiliza un circuito CMOS como el de la Figura 14.21a en una aplicación de conmutación, la tensión de
entrada es o un nivel alto (V DD ) o un nivel bajo (0 V). Cuando la tensión de entrada es un nivel alto, Q 1 no conduce
y Q 2 conduce. En este caso, Q 2 se comporta como un cortocircuito y la tensión de salida disminuye hasta el
nivel de tierra. Por el contrario, cuando la tensión de entrada es un nivel bajo, Q 1 conduce y Q 2 no, con lo que ahora
Q 1 se comporta como un cortocircuito y la tensión de salida aumenta hasta V DD . Como la tensión de salida está
invertida, este circuito se denomina CMOS inversor.
La Figura 14.21b muestra cómo varía la tensión de salida con la tensión de entrada. Cuando la tensión de
entrada es cero, la tensión de salida es un nivel alto. Cuando la tensión de entrada es un nivel alto, la tensión de salida
es un nivel bajo. Entre los dos extremos, existe un punto de cruce cuando la tensión de entrada es igual a
V DD /2. En este punto, ambos MOSFET tienen la misma resistencia y la tensión de salida es igual a V DD /2.
Consumo de potencia
La ventaja más importante del CMOS es su extremadamente bajo consumo de potencia. Puesto que ambos MOS-
FET están conectados en serie en el circuito de la Figura 14.21 a, el consumo de corriente en reposo viene determinado
por el dispositivo que no conduce. Dado que su resistencia es del orden de los megaohmios, el consumo
de potencia en reposo (inactividad) se aproxima a cero.
El consumo de potencia aumenta cuando la señal de entrada conmuta del nivel bajo al nivel alto, y viceversa.
La razón de esto es la siguiente: en el punto medio de una transición de un nivel bajo a un nivel alto, o a la inversa,
ambos dispositivos MOSFET están en conducción, lo que significa que la corriente de drenador aumenta temporalmente.
Dado que la transición es muy rápida, sólo se produce un breve impulso de corriente. El producto de la
tensión de alimentación del drenador por este breve impulso de corriente implica que el consumo de potencia
medio dinámico es mayor que el consumo de potencia en reposo. En otras palabras, un dispositivo CMOS disipa
más potencia media cuando se produce una transición que cuando está en reposo.
Sin embargo, puesto que los impulsos de corriente son muy breves,la disipación media de potencia es muy baja
incluso cuando los dispositivos CMOS se encuentran en los estados de conmutación. De hecho, el consumo medio
de potencia es tan bajo que los circuitos CMOS a menudo se emplean en aplicaciones alimentadas mediante baterías,
como por ejemplo, calculadoras, relojes digitales y audífonos.