たとえで見る CMOSインバータ ― 上下2枚の自動ドア

入力 Vin を動かすと、上下のドアが入れ替わって開閉します。切り替わる一瞬だけ両方が半開きになり、上から下へ風(=貫通電流)が吹き抜けます。

たとえ:2階建ての自動ドア

上(電源 VDD)= 高い側 上のドア(PMOS) 真ん中の通路 = 出力 Vout 下のドア(NMOS) 下(GND)= 低い側 ⚡ 風が吹き抜ける ⚡
上=PMOS 下=NMOS 風=貫通電流

本物の回路ではこうなっています

VDD GND S D PMOS Vout D S NMOS Vin
上のドア= PMOS。入力が低いと開く(高い側とつながる)
下のドア= NMOS。入力が高いと開く(低い側とつながる)
真ん中の通路= 出力 Vout。どちらのドアが開くかで高/低が決まる
= 貫通電流。両ドア半開きの一瞬だけ上→下へ吹く
Vin = 0.00 V 入力が低い → 上のドアが開く → 出力は高い

※「上のドア=入力が低いと開く」「下のドア=入力が高いと開く」は、PMOS・NMOSのオンになる向きそのものです。ふだんはどちらか一方だけが開いているので、上から下へは風が通りません(=電流が流れない=省電力)。切り替わる一瞬だけ両方が半開きになり、その時だけ風=貫通電流が吹き抜けます。