你的手机、电脑背后跑着数不清的 0 和 1——而搬运这些 0/1 的最基本器件，正是两类不同的晶体管。这学期我们就把它们的『开关』本质一次拆透。

你的手机里有上百亿个晶体管在每秒切换数十亿次，却能撑过一整天——这要归功于 CMOS 技术。它的省电秘诀，就藏在「互补」二字里。

从VDD到GND，两只MOS管串联；输入同时接两管栅极，输出取在中间节点。

上一页拆开了反相器——一对互补的MOS管。两个反相器串接，前一级输出传到下一级时，电压要落在什么范围才能被正确识别？又能扛住多少干扰？这就是电气特性要回答的问题。

上一页我们看到CMOS反相器只有1个PMOS和1个NMOS。现在给两个输入A、B，怎么用CMOS实现NAND和NOR？关键就在于NMOS和PMOS网络的串并联组合。

左：单级CMOS基本门；中：反相器积木；右：两级CMOS复合门。箭头表示复合门由基本门级联反相器构成。

前面搭出了与非门、或非门、复合门。但工程现场立刻撞上一个问题：一个输出要带十个、一百个负载时，输出开始『带不动』。问题出在哪？

信号自左向右流过逐级放大的反相器链,末级为大尺寸推挽输出,直接驱动大电容负载。

上一节我们认识了缓冲级的电路结构——两级反相器级联。这节课回答一个具体问题:加上这两级之后,电路在电气性能上到底获得了什么?三个关键词:驱动能力、传输特性、对称性。

之前看到的CMOS反相器像两头都能使劲的工人——PMOS往上拉，NMOS往下拉。如果只保留往下拉这个动作，把NMOS漏极单独引出暴露在外，就得到漏极开路（Open-Drain, OD）输出。

看 VCC→电阻→输出节点的电流路径，再看两个开漏 NMOS 如何共同决定 Y 的电平。

上页讲到OD门必须外挂上拉电阻才能输出高电平——这个看似'缺陷'的设计，反而是它独有的优势。今天看OD门在工程中三个最经典的应用场景。

都解决“输出到外部”的问题，但驱动方式截然不同——一个主动双向，一个只拉低靠外力拉高。

从左向右读:输入A经N管、P管并联到输出B,CLK与CLK反互补控制两管同时通断。

普通机械开关装好后，电流方向通常就定了。CMOS传输门像受互补信号控制的双向闸门：正反都能传，因此既能传0/1，也能让0到VDD之间的连续电压近似通过。

推挽能主动拉高拉低，OD门只能拉低——但工程师还想让输出彻底"消失"，从电气上与后级完全断开。三态输出因此而生：在0和1之外再加一个"高阻态"。

从下往上读：EN=1时串接P/N管导通，输出级正常跟随A；EN=0时两个串接管同时关断，输出端悬空为高阻Z。

上页我们拆完了三态门的内部电路，但孤零零一个门没什么大用——三态门真正的价值，是让多个器件'排队发言'共用一根线。这页看它的三大经典舞台：总线驱动、多路复用、双向传输。

学完 CMOS，我们掌握了用栅极电压控制沟道电流的 MOSFET。现在切换赛道看另一种经典三极管——BJT。它靠基极电流控制集电极电流，结构上是三层半导体夹两个 PN 结。

上一页我们看到BJT夹着两个PN结——发射结正偏、集电结反偏。这一页要追问：电子到底是怎么从发射极「一路跑到」集电极的？这背后是三个连续的物理过程在接力。

上一页我们看到BJT能用小电流Ib控制大电流Ic。但在数字电路里，我们其实不用它的放大能力——而是把它当开关：要么彻底断开（截止），要么彻底闭合（饱和）。放大只是两个极端之间的过渡。

从V_BE到I_B：BE结本质是PN结二极管，曲线分死区、导通区、大电流区，V_CE增大让曲线右移。

图分三层：坐标参量→三个工作区→区域边界。重点在放大区。

上一页我们画出了BJT的输出特性曲线族——一片平行的曲线。但光看曲线没用，关键是要把图划分成几个工作区，每个区对应BJT的一种行为。数字电路只用到其中两个极端状态。

输出特性曲线斜斜的、输入特性曲线有个拐点——这些几何特征背后，藏着四个决定BJT行为的「关键参数」。我们一个个拆开看。

BJT 共射开关拓扑：左为基极控制回路，右为集电极负载回路，中间是受控开关本体。

你按一下房间的灯开关，灯亮；再按一下，灯灭。手动开关靠机械动作，而 BJT 开关的'手'是基极电流。这一页要回答：基极电流多大，才算真正按下了'开'或'关'？

饱和深度的定义、过度饱和的危害、欠驱动问题

两种开关的本质差异源于器件原理，直接决定电路怎么选型。

BJT开关有两个工作状态：截止时CE间开路，饱和时CE间闭合但有残压。沿分支看清各状态的等效模型与对应输出。

左半是输入通路（Vi→Rb→基极），右上是上拉通路（Vcc→Rc→集电极），下面是接地。动画四步走完两个状态，看清反相如何发生。

上一页我们看到CMOS反相器把输入逻辑反相输出。但这并非瞬间跳变——输入从0升到V_DD，输出要经历一段关键过渡。这条Vout-Vin曲线就是反相器的传输特性。

上一页的传输特性是静态画面——翻转到底有多快？这一页聚焦 BJT 反相器的开关速度，你会发现它天然比 CMOS 慢一拍，关键藏在一个叫「存储时间」的参数里。

多片芯片共用一条总线时，若都使用推挽输出，当两片同时输出相反电平会出现什么后果？

• ✓CMOS靠互补对管实现低功耗，BJT靠电流驱动实现高速
• ✓输出结构决定应用场景：推挽、OD、三态各有取舍
• ✓开关三极管工作于截止与饱和两态，需关注饱和深度
• ✓负载能力与开关速度是设计的核心权衡
• ✓复杂逻辑由基本门组合实现，结构决定性能

先独立思考再看参考答案，每题留出1-2分钟回味讲过的电路细节。