¿Por qué la salida MOSFET está oscilando de esta manera?

Esto es casi definitivamente ruido de simulador.

El NMOS tiene \ $ V_ {tn} = 430 \ $ mV, mientras que para el PMOS tiene \ $ V_ {tp} = - 400 \ $ mV.

Dado que \ $ V_ {GS_n} = 0 \ $ el NMOS está bastante apagado, puede tener una cierta corriente de fuga pero, con suerte, unos pocos nano amperios.

Para el PMOS tenemos \ $ V_ {GS_p} = - 370 \ $ mV, por lo que el transistor no está apagado, ni encendido. Esta región de trabajo se denomina región por debajo del umbral , y los transistores se pueden (y se usan) bastante en esta región ya que la transconductancia puede ser muy alta.

En pocas palabras, el PMOS estaría más que feliz de llevar algo de corriente de drenaje, pero probablemente sería un par de órdenes de magnitud más alto que la corriente de fuga del NMOS.

¿Qué pasa entonces? Ambos transistores funcionan prácticamente sin corriente de drenaje, la característica NMOS es una línea plana donde \ $ I_D \ approx0 \ $ para que \ $ V_ {DS_n} \ $ pueda ser teóricamente cualquier voltaje que se ajuste al PMOS ... Pero eso es cierto para el PMOS también! Lo que sucede es que la tensión de drenaje de los transistores puede ser casi cualquier tensión en el rango \ $ 0 \ $ V \ $ \ div5 \ $ V. El simulador tiene que adivinar .

Ahora, los simuladores pueden ser bastante buenos para adivinar, realmente, cualquier tipo de magia ocurre cuando ejecutas simulaciones, pero eso suele suceder en simulaciones transitorias, cuando hacer menos cálculos de adivinar cuál será el próximo punto es algo bueno. .

Aquí, casi cualquier voltaje sería bueno, intente ayudar al simulador a agregar una resistencia grande, algo \ $ 10 ^ {12} \ Omega \ $, entre los drenajes y algo de voltaje, posiblemente a tierra, \ $ \ mathrm {V_ {DD}} \ $ o lo que sea. Probablemente veas que el ruido se ha ido.

Sobre la pregunta en los comentarios:

  

pero el ruido del simulador no debería dar un gráfico predicho, ¿debería?

En absoluto. Los simuladores son máquinas predecibles construidas para producir resultados predecibles. Incluso si se necesita algún tipo de aleatoriedad, como en los barridos de Monte Carlo, el usuario puede decidir mantener la semilla de simulación para poder ejecutarla nuevamente en las mismas condiciones. De lo contrario, no hay aleatoriedad; en otras palabras, si alimenta a un simulador con algunos datos de entrada, siempre obtendrá la misma salida. Y es por eso que ves un patrón tan bonito, ese es el simulador que intenta comprender lo que está pasando y lo hace utilizando herramientas matemáticas precisas y aproximaciones que conducen a un patrón oscilante. Solo piense en los diversos métodos iterativos utilizados para aproximar la solución de intersección entre curvas.