反相器

反相器（英語：Inverter）也稱反閘（英語：NOT gate），是數位邏輯中實現邏輯非的邏輯閘，功能見右側真值表。

基本邏輯閘
緩衝	非
及	反及
或	或非
互斥或	同或
蘊含	蘊含非

輸入 A	輸出 NOT A
0	1
1	0

反閘標誌

這種功能代表了數位電路中理想開關表現的假定，但是在實際的反相器設計中，元件有其需要特別關注的電氣特性。實際上，CMOS反相器的非理想過渡區表現使其能在類比電路中用作A類功率放大器（如作為運算放大器的輸出級^[1]）。

概述

下列包括邏輯閘的3種符號：形狀特徵型符號（ANSI/IEEE Std 91-1984）、IEC矩形國標符號（IEC 60617-12）和不再使用的DIN符號（DIN 40700）。其他的邏輯閘符號見邏輯閘符號表。

表達式	符號			功能表
	ANSI/IEEE Std 91-1984	IEC 60617-12	DIN 40700
${\displaystyle Y={\overline {X}}}$				X ${\displaystyle Y={\overline {X}}}$ 0 1 1 0

電路實現

• 
  NMOS反相器
• 
  PMOS反相器
• 
  TTL反相器
• 
  靜態CMOS反相器
• 
  飽和負載數位反相器
• 
  三極體反相器
• 
  開關實現的反相器

標準7404 TTL六反相器中反閘的排列

反相器電路輸出電壓所代表的邏輯電平與輸入相反。反相器可以僅用一個NMOS電晶體或一個PMOS連接一個電阻來構建。因為這種「阻性汲極」方式只需要使用一種類型的電晶體，其製造成本非常小。不過，由於電流以兩種狀態之一流過電阻，這種阻性汲極配置有功耗和狀態改變的處理速率問題。另外，反相器可以用兩個互補電晶體配置成CMOS反相器。這種配置可以大幅降低功耗，因為在兩種邏輯狀態中，兩個電晶體中的一個總是截止的。處理速率也能得到很好的提高，因為與NMOS型和PMOS型反相器相比，CMOS反相器的電阻相對較低。反相器也可以電阻－電晶體邏輯（RTL）或電晶體－電晶體邏輯（TTL）使用雙極性電晶體（BJT）構建。

數位電子電路在邏輯0和1（二進制）對應的固定電壓電平範圍內進行運算。反相器電路是基本的邏輯閘，可以在兩個電壓電平間變換。實際構建的反相器的電壓都是不同的，例如TTL電路中0是低電平，+5V是高電平。

數位功能模塊

標準4049 CMOS六反相緩衝器中反閘的排列

反相器是數位電路中的一種基本功能模塊。將兩個串行反相器的輸出作為一位暫存器的輸入就構成了閂鎖。閂鎖、數據多工器、解碼器和狀態機等精密數位元件都需要使用基本反相器。

六反相器是一種包含6個反相器的積體電路。例如，7404 TTL晶片有14個引腳，4049 CMOS晶片有16個引腳，兩種晶片都各有2個引腳用於電源供電/基準電壓，12個引腳用於6個反相器的輸入和輸出（4049有2個引腳懸空）。^[2]

性能測定

反相器性能常用表示輸入-輸出電壓關係的電壓傳輸特性曲線（VTC）來測定。曲線圖能反映出元件的參數，包括雜訊容限、增益和操作邏輯電平。

北卡羅來納州立大學組建的20微米反相器的電壓傳輸特性曲線

反相器理想化的電壓傳輸特性曲線是單位階躍函數，這表明反相器能在高電平和低電平間無延遲精確的翻轉，但在實際元件中，曲線存在過渡區。曲線表明若輸入為低電壓，則輸出為高電壓；若輸入為高電壓，則輸出電壓逐漸接近0V。過渡區的斜率是性能測量的指標，過渡區越陡峭，即斜率越大，性能越好，若斜率接近無窮，則電路能在高電平和低電平間精確翻轉，反相器就是理想的。

雜訊容限可以通過每一工作區中的最大輸出電壓V_OH和最小輸入電壓V_IL的比值來測定。

輸出電壓V_OH可以在級聯多個元件時測定訊號驅動強度。

參考文獻

1. Intersil數據表：CA3130 BiMOS運算放大器 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）和CA3160 BiMOS運算放大器 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
2. Texas Instruments：4049 CMOS六反相緩衝器/轉換器 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），數據表：[1] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）