第二章作业答案ppt课件

2 1 W L 50 0 5 假设 VDS 3V 当 VGS 从0上升到3V时 画出NFET和PFET的漏电流VGS变化曲线解 NMOS管 假设阈值电压VTH 0 7V 不考虑亚阈值导电当VGS0 7V时 NMOS管工作在饱和区 NMOS管的有效沟道长度Leff 0 5 2LD 则 PMOS管 假设阈值电压VTH 0 8V 不考虑亚阈值导电当 VGS 0 8V时 PMOS管工作在截止区 则ID 0当 VGS 0 8V时 PMOS管工作在饱和区 PMOS管的有效沟道长度Leff 0 5 2LD 则 2 2W L 50 0 5 ID 0 5mA 计算NMOS和PMOS的跨导和输出阻抗 以及本证增益gmro解 本题忽略侧向扩散LD 1 NMOS 2 PMOS 2 3导出用ID和W L表示的gmro的表达式 画出以L为参数的gmro ID的曲线 注意 L 解 2 4分别画出MOS晶体管的ID VGS曲线 a 以VDS作为参数 b 以VBS为参数 并在特性曲线中标出夹断点 解 以NMOS为例 当VGS VTH时 MOS截止 则ID 0 当VTH VGS VDS VTH时 MOS工作在饱和区 当VGS VDS VTH时 MOS工作在三极管区 线性区 2 5对于图2 42的每个电路 画出IX和晶体管跨导关于VX的函数曲线草图 VX从0变化到VDD 在 a 中 假设Vx从0变化到1 5V VDD 3V a 上式有效的条件为 即 a 综合以上分析 VX 1 97V时 M1工作在截止区 则IX 0 gm 0 VX 1 97V时 M1工作饱和区 则 b 0 VTH 0 7V 当0 VX 1V时 MOS管的源 漏交换 工作在线性区 则 当1V VX 1 2V时 MOS管工作在线性区 当VX 1 2V时 MOS管工作在饱和区 C 0 VTH 0 7V 当VX 0 3V时 MOS管的源 漏交换 工作在饱和区 当VX 0 3V时 MOS管工作截止区 d 0 VTH 0 8V 当0 VX 1 8V时 MOS管上端为漏极 下端为源极 MOS管工作在饱和区 当1 8V VX 1 9V时 MOS管工作在线性区 当VX 1 9V时 MOS管S与D交换 MOS管工作线性区 e 0 当VX 0时 VTH 0 893V 此时MOS工作在饱和区 随着VX增加 VSB降低 VTH降低 此时MOS管的过驱动电压增加 MOS管工作在饱和区 直到过驱动VDSAT上升到等于0 5V时 MOS管将进入线性区 则有 当VX 1 82V时 MOS管工作在线性区 2 7对于图2 44的每个电路 画出Vout关于Vin的函数曲线草图 Vin从0变化到VDD 3V 解 a 0 VTH 0 7V 右图中 MOS管源 漏极交换 当Vin 0 7V时 M1工作在截止区 Vout 0 当0 7 Vin 1 7V时 M1工作在饱和区 则 当1 7V Vin 3V时 M1工作在线性区 则 2 7 b 0 VTH 0 7V 当0 Vin 1 3V时 M1工作在线性区 则 当Vin 1 3V时 M1工作在饱和区 则 2 7 c 0 VTH 0 7V 当0 Vin 2 3V时 M1工作在线性区 则 当Vin 2 3V时 M1工作在饱和区 则 2 7 d 0 VTH 0 8V 当0 Vin 1 8V时 M1工作在截止区 则 M1工作在饱和区边缘的条件为Vout 1 8V 此时假设Vin Vin1 因而 当1 8V Vin Vin1时 M1工作在饱和区 当Vin1 Vin时 M1工作在线性区 2 9对于图2 46的每个电路 画出IX和VX关于时间的函数曲线图 C1的初始电压等于3V a 0 VTH 0 7V Vb VTH 当Vb 0 7 VX 3V时 M1工作在饱和区 当VX Vb 0 7时 M1工作在线性区 则 当VX Vb 0 7时 M1工作在线性区 则 2 9 b 0 VTH 0 7V 当VX初始电压为3V M1工作在饱和区 t 0时 VX 3V 2 9 c 0 VTH 0 7V 当VX初始电压为3V VDS 0V M1工作在深线性区 2 9 d 0 VTH 0 7V IX I1 2 9 e 0 VTH 0 7V 电容C1的初始电压为3V 初始状态 时间t 0 如右图所示 电容C1的充电电流IC1 0 此时M1的漏电流IX I1 同时VX Vb VGS1 3 当时间t 0 时 如右图所示 M1的一部分漏电流将对电容C1的进行充电 此时IX IC1 I1 当IX IC1时 I1 0若电流源I1为理想电流源 则VN 实际上VN不可能低于0 6V 若低于0 6V 则PN结正向导通若电流源I1不是理想电流源 则VN 0 电容C1开始放电 2 13MOSFET的特征频率 transitfrequency fT 定义为源和漏端交流接地时 器件的小信号增益下降为1的频率 证明注意 fT不包含S D结电容的影响 节点1 有 输出 2 13 b 假设栅电阻RG比较大 且器件等效为n个晶体管的排列 其中每个晶体管的栅电阻等于RG n 证明器件的fT与RG无关 其特征频率仍为 2 13 c 对于给定的偏置电流 同过增加晶体管的宽度 因此晶体管的电容也增加 使工作在饱和区所需的漏 源电压最小 利用平方率特性证明 这个关系表明 当所设计的器件工作于较低时 速度是如何被限制的 2 16考虑如图2 50所示的结构 求ID关于VGS和VDS的函数关系 并证明这一结构可看作宽长比等于W 2L 的晶体管 假设 0 第一种情况 M1 M2均工作在线性区 相当于W 2L 工作在线性区 2 16第二种情况 M1工作在线性区 M2工作在饱和区 相当于W 2L 工作在饱和区 注意 M1始终工作在线性区 因为M2的过驱动电压大于0 线性区 2 16上面讨论 可知 1 M2工作在饱和区 则电流满足平方关系 2 M2工作在线性区 则电流满足线性关系 2 17已知NMOS器件工作在饱和区 如果 a ID恒定 b gm恒定 画出W L对于VGS VTH的函数曲线 饱和区 2 18如图2 15所示的晶体管 尽管处在在饱和区 解释不能作为电流源使用的原因 以上电路的电流与MOS管的源极电压VS有关 而电流源的电流是与其源极电压VS无关的 2 27已知NMOS器件工作于亚阈值区 为1 5 求引起ID变化一个数量级所需的VGS的变化量 如果ID 10 A 求gm的值 2 28考虑VG 1 5V且VS 0的NMOS器件 解释如果将VD不断减小到低于