華中科技大學(xué)CMOS拉扎維課后作業(yè)中文答案

1、分析：對(duì)于 PMOS和 NMOS管二極管連接形式的 CS 放大電路， 最大的區(qū)別在于 PMOS做負(fù)載無體效應(yīng)，所以這里應(yīng)該考慮gmb的影響。同時(shí)，由于 L=，溝道長度比較短，所以，溝長調(diào)制效應(yīng)也應(yīng)該考慮進(jìn)去。nCOXn0 sio 2 t OX3508.85 10 14 3. 910 41. 34 10 4 AV 2同理pCOX3. 83510 5AV2r o1I D2gm1gmb2500. 5WL2100.5I D1 ID20. 5mAro21NI D20K1 C W V2 nCox L VGS22 L 22 COX WL I Dgm22 2 FVSBVTH23.610NVDS23 A/ Vg

2、m21. 63 10 3A / V2.3810 4A/ V輸出電阻 :ROUTgm2gmb2ro2 1 /ro1508增益 AVgm1ROUT1. 85M2換為 PMOS管，則可忽略M2的體效應(yīng)，同理可得ROUT1 / r o1974gm2ro2增益AVgm1ROUT0. 85W50W50 I Ia)I D1 I D20.5mAL1 0. 5L22 D1 D2ro1120K1ro210KNI DPI D又nCOX n ? t0 sio2 1.34 10 4 AV2t OX gm12 COX WL I D3.6 10 3A/ V增益 AVgm1 ro1 / ro224. 4b)求輸出電壓的最大擺

3、幅及求輸出電壓最大值與最小值之差分析可知，當(dāng) M1管處于臨界三極管區(qū)時(shí)輸出電壓有最小值Vomin，此時(shí)有：VOUTVDS1VGSVTH1CoxVGS1VTH1 1NVDS有以上兩式可推得 V omin=當(dāng) M2管處于臨界三極管區(qū)是輸出電壓有最大值Vomax，同理有：Cp oxVGS2PVSDVSDMIN = Vomax = V DD-V SDMIN = 2V輸出電壓的最大擺幅為Vomax - V ominW50a)LI D11mA RD2K0. 5ro110KNI DROUTro1 / RD1.66Kgm12 COX WL I D5.18 10 3A/ V 增益 AVg m1 ROUT0. 8

4、6b) M1工作在線性區(qū)邊緣VOUTVDS1VGSVTHI 1 C WD 2 n ox LVGSVTH1VDDVOUTRD由以上兩式可得VGS1. 13V ，-31. 28 10-3 Aro7.8KND增益AVgm1 ro / RD9.34c）各區(qū)域主要由 VDS 決定，進(jìn)入線性區(qū)50mV即三極管臨界區(qū)的 VDS 減小 50mV臨界區(qū)的 VDS VDD I DRD0. 44V所以進(jìn)入線性區(qū) 50mV時(shí)的VDS =IDVDDRDVDS 1.3 10 3A I D12C n oxWL2VGS1VTH VDS2VDSW又 三極管區(qū)gmCVDS5. 19n ox L1RO1IDnCoxWL VGSVT

5、H1 VDSVGS 1. 14VVDSRO1. 28K增益AVgm Ro / RD4分析：已知各支路電流及M1寬長比，可求得 M1過驅(qū)動(dòng)電壓即 Vout ，從而由 M2的Vgs及電流可求得其寬長比。WL1200.5I D11mA I S 0. 75mAM1處于臨界三極管區(qū)有：D1nCoxVGS2VTH10- 3VGS VTH0.81V對(duì) M2 分析可得：D2pCoxVDD2Voutgm1gm2L25. 16此時(shí)小信號(hào)增益為： AVg m1 ROUT10.42分析：已知支路電流可求得電路輸出電阻，由增益表達(dá)式可知M1 跨導(dǎo) gm1 ，從而可求得 M1寬長比；又由輸出擺幅VDDVOD2VOD12.

6、2 可推出 M2寬長比。1ro1I10Kro2NI Dgm1 ro1 / ro2100gm1I D2 I D11mA 由gm12 COX WL 1I D115KPI D0. 030.03WL3352. 58又因?yàn)檩敵鲭妷簲[幅為，可得：VDDVOD2 VOD12. 2VDD2ID2I D2.2WL96.97PCOXWL 2nCOXWLL1分析： 小信號(hào)等效電路圖不便繪制， 一下解答皆用大信號(hào)分析然后對(duì)輸入求偏導(dǎo)得出小信號(hào)增益。（a）對(duì) VOUT點(diǎn)列節(jié)點(diǎn)電流方程：VDD VOUTRDVOUTVINRFgmVINVOUTro上式對(duì)VIN 求偏導(dǎo)得： AvVOUT VIN1RDb）對(duì) VOUT點(diǎn)列節(jié)點(diǎn)

7、電流方程：VDDVOUTVOUTVINVOUT VINR1rogmVbVIN上式對(duì)VIN 求偏導(dǎo)得： AvVOUT VINgm1R11R1c）對(duì) VOUT點(diǎn)列節(jié)點(diǎn)電流方程：VINVOUT gm2VDD VOUTro2VOUT ro1上式對(duì) VIN 求偏導(dǎo)得： AvVOUTgm1 - gm2VINgm2a）輸出短路求等效跨導(dǎo) Gmi x- g m1vin - vin rro1Gmg m1r o11ro1從 M2 漏端看上去的電阻為ro3r o2 1 gm2r o3 輸出電阻 ROUTRM2/ ro1ro1 ro3ro2 1gm2ro3r o1ro3ro2 1gm2ro3 小信號(hào)增益為 Av- G

8、mROUT1 gm2ro2 ro3r o2 1gm2ro3r o1ro3ro2 1gm2ro3b）M1、M3為二極管連接，等效為一個(gè)電阻設(shè)M1、M3等效電阻分別為 RS、 RDRDg1m3 / ro31RSg / ro1gm1小信號(hào)分析，求得等效跨導(dǎo) Gm ：Gmgm2r o2RS1gm2RS r o2輸出電阻為： ROUTRD / RS1 gm2RS r o2小信號(hào)增益為 Av-GmROUTc）M1、M3為二極管連接，等效為一個(gè)電阻設(shè)M1、M3等效電阻分別為 RS、 RDRSg1 / ro1gm1RDgm3/ r o3做小信號(hào)等效電路分析得：gm2 vinvoutvdro2voutvoutv

9、outRS由上式可得： AvvoutRSd）與（ b）題類似 M1、RSro1vinRSRDRSrs2 gm2ro2m2 o2M3為電流源連接等效電阻分別為RDr o3小信號(hào)分析，求得等效跨導(dǎo) Gm ：i xgm2 vinGmRS 、 RDgm2r o2RS1gm2RS r o2輸出電阻為： ROUTRD / RSgm2RSro2 小信號(hào)增益為 Av- GmROUTa) WL500. 5RD2KRS200考慮體效應(yīng)與溝道長度調(diào)制效應(yīng)有：ro120KNI DVTHVTH02 F VSB2 F0. 723V VSRSI D0. 1VVOUTVDDRDI D1. 9Vgm2 COXWL 11VDS I D3. 82 10- 3A/ Vgmbgm0. 86 103A/V2 2 FVSBD帶源極負(fù)反饋的共源極放大器的等效跨導(dǎo)Gm:0.5mA又Igmro1.96 10-3A/ V又輸出阻抗 ROUTRD / 1gmgmb RSro1.82K小信號(hào)增益為 Av- GmROUT3. 57（b）M1工作在線性區(qū)邊緣有： VoutVinVTH又 VinVGS