第二章作業(yè)答案98075[專業(yè)課堂]

1、2.1、W/L=50/0.5，假設(shè)|VDS|=3V，當(dāng)|VGS|從0上升到3V時(shí)，畫出NFET和PFET的漏電流VGS變化曲線 解：,NMOS管： 假設(shè)閾值電壓VTH=0.7V,不考慮亞閾值導(dǎo)電 當(dāng)VGS0.7V時(shí)， NMOS管工作在飽和區(qū)，NMOS管的有效溝道長(zhǎng)度Leff=0.5-2LD，則,1,藤蔓課堂,PMOS管： 假設(shè)閾值電壓VTH= -0.8V,不考慮亞閾值導(dǎo)電 當(dāng)| VGS | 0.8V 時(shí)，PMOS管工作在截止區(qū)，則ID=0 當(dāng)| VGS | 0.8V時(shí)， PMOS管工作在飽和區(qū)，PMOS管的有效溝道長(zhǎng)度Leff=0.5-2LD，則,2,藤蔓課堂,2.2 W/L=50/0.5,

2、|ID|=0.5mA，計(jì)算NMOS和PMOS的跨導(dǎo)和輸出阻抗，以及本證增益gmro 解：本題忽略側(cè)向擴(kuò)散LD,1）NMOS,2）PMOS,3,藤蔓課堂,2.3 導(dǎo)出用ID和W/L表示的gmro的表達(dá)式。畫出以L為參數(shù)的gmroID的曲線。注意L,解：,4,藤蔓課堂,2.4 分別畫出MOS晶體管的IDVGS曲線。a) 以VDS作為參數(shù)；b)以VBS為參數(shù)，并在特性曲線中標(biāo)出夾斷點(diǎn),解：以NMOS為例,當(dāng)VGSVTH時(shí)，MOS截止，則ID=0,當(dāng)VTHVGSVDS+VTH時(shí)，MOS工作在飽和區(qū),當(dāng)VGSVDS+VTH時(shí)，MOS工作在三極管區(qū)（線性區(qū)）,5,藤蔓課堂,2.5 對(duì)于圖2.42的每個(gè)電路

3、，畫出IX和晶體管跨導(dǎo)關(guān)于VX的函數(shù)曲線草圖，VX從0變化到VDD。在(a)中，假設(shè)Vx從0變化到1.5V。 （VDD=3V）,(a),上式有效的條件為,即,6,藤蔓課堂,(a)綜合以上分析,VX1.97V時(shí)，M1工作在截止區(qū)，則IX=0, gm=0,VX1.97V時(shí)，M1工作飽和區(qū)，則,7,藤蔓課堂,(b) =0, VTH=0.7V,當(dāng)0VX1V時(shí)，MOS管的源-漏交換,工作在線性區(qū)，則,當(dāng)1VVX1.2V時(shí),MOS管工作在線性區(qū),8,藤蔓課堂,當(dāng)VX1.2V時(shí),MOS管工作在飽和區(qū),9,藤蔓課堂,(C) =0, VTH=0.7V,當(dāng)VX0.3V時(shí)，MOS管的源-漏交換，工作在飽和區(qū),當(dāng)VX

4、0.3V時(shí)，MOS管工作截止區(qū),10,藤蔓課堂,(d) =0, VTH=-0.8V,當(dāng)0VX1.8V時(shí)，MOS管上端為漏極，下端為源極，MOS管工作在飽和區(qū),當(dāng)1.8VVX1.9V時(shí)，MOS管工作在線性區(qū),11,藤蔓課堂,當(dāng)VX1.9V時(shí)，MOS管S與D交換,MOS管工作線性區(qū),12,藤蔓課堂,(e) =0,當(dāng)VX=0時(shí),VTH=0.893V，此時(shí)MOS工作在飽和區(qū),隨著VX增加，VSB降低，VTH降低，此時(shí)MOS管的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓增加，MOS管工作在飽和區(qū)；直到過(guò)驅(qū)動(dòng)VDSAT上升到等于0.5V時(shí)，MOS管將進(jìn)入線性區(qū)，則有,13,藤蔓課堂,當(dāng)VX1.82V時(shí)，MOS管工作在線性區(qū) ？,14,藤

5、蔓課堂,2.7 對(duì)于圖2.44的每個(gè)電路，畫出Vout關(guān)于Vin的函數(shù)曲線草圖。Vin從0變化到VDD=3V。 解：,(a) =0 , VTH=0.7V,右圖中，MOS管源-漏極交換,當(dāng)Vin0.7V時(shí)，M1工作在截止區(qū)，Vout=0,當(dāng)0.7Vin1.7V時(shí)，M1工作在飽和區(qū)，則,當(dāng)1.7VVin3V時(shí)，M1工作在線性區(qū)，則,15,藤蔓課堂,2.7 (b) =0 , VTH=0.7V,當(dāng)0Vin1.3V時(shí)，M1工作在線性區(qū)，則,當(dāng)Vin1.3V時(shí)，M1工作在飽和區(qū)，則,16,藤蔓課堂,2.7 (c) =0 , VTH=0.7V,當(dāng)0Vin2.3V時(shí)，M1工作在線性區(qū)，則,當(dāng)Vin2.3V時(shí)，

6、M1工作在飽和區(qū)，則,17,藤蔓課堂,2.7 (d) =0 , VTH=-0.8V,當(dāng)0Vin1.8V時(shí)，M1工作在截止區(qū)，則,M1工作在飽和區(qū)邊緣的條件為Vout=1.8V，此時(shí)假設(shè)Vin=Vin1，因而,當(dāng)1.8VVinVin1時(shí)，M1工作在飽和區(qū),當(dāng)Vin1Vin時(shí)，M1工作在線性區(qū),18,藤蔓課堂,2.9 對(duì)于圖2.46的每個(gè)電路，畫出IX和VX關(guān)于時(shí)間的函數(shù)曲線圖。C1的初始電壓等于3V。,(a) =0 , VTH=0.7V，VbVTH,當(dāng)Vb-0.7 VX3V時(shí)，M1工作在飽和區(qū),當(dāng)VX Vb-0.7時(shí)，M1工作在線性區(qū)，則,19,藤蔓課堂,當(dāng)VX Vb-0.7時(shí)，M1工作在線性區(qū)

7、，則,20,藤蔓課堂,2.9 (b) =0 , VTH=0.7V,當(dāng) VX初始電壓為3V，M1工作在飽和區(qū),t=0時(shí), VX=3V,21,藤蔓課堂,2.9 (c) =0 , VTH=0.7V,當(dāng) VX初始電壓為3V，VDS=0V，M1工作在深線性區(qū),22,藤蔓課堂,2.9 (d) =0 , VTH=0.7V,IX=I1,23,藤蔓課堂,2.9 (e) =0 , VTH=0.7V,電容C1的初始電壓為3V,初始狀態(tài)（時(shí)間t=0），如右圖所示，電容C1的充電電流IC1=0，此時(shí)M1的漏電流IX=I1；同時(shí)VX=Vb-VGS1+3,當(dāng)時(shí)間t=0+時(shí)，如右圖所示，M1的一部分漏電流將對(duì)電容C1的進(jìn)行充

8、電，此時(shí)IX-IC1=I1,=當(dāng)IX=IC1時(shí)，I1=0 若電流源I1為理想電流源，則VN-,實(shí)際上VN不可能低于0.6V，若低于0.6V，則PN結(jié)正向?qū)?若電流源I1不是理想電流源，則VN 0，電容C1開(kāi)始放電,24,藤蔓課堂,2.13 MOSFET的特征頻率(transit frequency) fT，定義為源和漏端交流接地時(shí)，器件的小信號(hào)增益下降為1的頻率。 證明 注意：fT不包含S/D結(jié)電容的影響,節(jié)點(diǎn)1，有,輸出：,25,藤蔓課堂,2.13(b) 假設(shè)柵電阻RG比較大，且器件等效為n個(gè)晶體管的排列，其中每個(gè)晶體管的柵電阻等于RG/n。證明器件的fT與RG無(wú)關(guān)，其特征頻率仍為,26,

9、藤蔓課堂,27,藤蔓課堂,2.13(c) 對(duì)于給定的偏置電流，同過(guò)增加晶體管的寬度（因此晶體管的電容也增加）使工作在飽和區(qū)所需的漏-源電壓最小。利用平方率特性證明,這個(gè)關(guān)系表明：當(dāng)所設(shè)計(jì)的器件工作于較低時(shí)，速度是如何被限制的。,28,藤蔓課堂,2.16 考慮如圖2.50所示的結(jié)構(gòu)，求ID關(guān)于VGS和VDS的函數(shù)關(guān)系，并證明這一結(jié)構(gòu)可看作寬長(zhǎng)比等于W/(2L)的晶體管。假設(shè)=0,第一種情況： M1、M2均工作在線性區(qū),相當(dāng)于W/(2L)工作在線性區(qū),29,藤蔓課堂,2.16 第二種情況： M1工作在線性區(qū)， M2工作在飽和區(qū),相當(dāng)于W/(2L)工作在飽和區(qū),注意：M1始終工作在線性區(qū)，因?yàn)镸2的

10、過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓大于0,線性區(qū),30,藤蔓課堂,2.16 上面討論，可知： (1)M2工作在飽和區(qū)，則電流滿足平方關(guān)系 (2) M2工作在線性區(qū)，則電流滿足線性關(guān)系,31,藤蔓課堂,2.17 已知NMOS器件工作在飽和區(qū)。如果(a) ID恒定，(b)gm恒定，畫出W/L對(duì)于VGS-VTH的函數(shù)曲線。,飽和區(qū)：,32,藤蔓課堂,2.18 如圖2.15所示的晶體管，盡管處在在飽和區(qū)，解釋不能作為電流源使用的原因。,以上電路的電流與MOS管的源極電壓VS有關(guān)，而電流源的電流是與其源極電壓VS無(wú)關(guān)的。,33,藤蔓課堂,2.27 已知NMOS器件工作于亞閾值區(qū)，為1.5，求引起ID變化一個(gè)數(shù)量級(jí)所需的VGS的變化量。如果ID=10A，求gm的值,34,藤