第10週 CMOSインバータと低消費電力
pMOSとnMOSは「必ず逆のON/OFF」になる双子。これを2つ積むと、入力をひっくり返す回路（NOT＝インバータ）ができます。CMOS＝Complementary（相補的）MOS。
① pMOS（上）と nMOS（下）を積む
電源 VDD（高い・1）と GND（低い・0）の間に、pMOS を上・nMOS を下に直列でつなぎます。2つの中間が「出力」。両方のゲートに同じ「入力」を入れます。
つなぎ方
上：pMOS（VDD側＝電源につながる）
下：nMOS（GND側＝アースにつながる）
中間：出力（OUT）
入力：2つのゲートに同時に入れる
イメージ：2つのスイッチを縦に重ねた蛇口。上を開けば出力に「高い水（1）」、下を開けば「低い水（0）」が出ます。入力しだいで、上下どちらかが開きます。
pMOSが上・nMOSが下なのには理由があります。pMOSは「高い側（1）をきれいに伝える」のが得意、nMOSは「低い側（0）を伝える」のが得意だからです（発展）。
② インバータの動き ―― 入れたら、ひっくり返る
入力を 0/1 で切り替えてみてください。入力と出力は 必ず逆になります。これが NOT（インバータ）。通電している経路が緑で光ります。
| 入力 | pMOS | nMOS | 出力 |
|---|
| 0 | ON | OFF | 1 |
| 1 | OFF | ON | 0 |
入力0→pMOSがON→出力はVDD(1)へ。入力1→nMOSがON→出力はGND(0)へ。いつも入力と逆の値が出ます＝NOTゲート。
③ なぜ消費電力が小さい？ ―― 素通りができない
入力が 0 でも 1 でも、必ず片方がOFF。だから電源(VDD)からGNDへ「素通り」する道が開きません。落ち着いた状態では、電流がほとんど流れない＝電力を食わない。これがCMOSが世界を席巻した理由です。
状態を見る
…
電力を食うのは「切り替わる一瞬」だけ。0と1がすれ違う瞬間だけ、上下が半開きになって少し電流が流れます。だから速くたくさん切り替える（高クロック）ほど発熱します。
落ち着いた0/1の状態では電流ほぼゼロ＝待機電力が小さい。電池で動くスマホに最適。これがCMOS（Complementary MOS）の最大の強みです。