X011b-习题课解答-清华大学-电子电路与系统基础

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电子电路与系统基础习题课第十一讲1、期中考题讲解2、第九周作业讲解李国林清华大学电子工程系习题课第十一讲大纲•期中考试情况•期中考题讲解•第九周作业讲解李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季2期中考试分数情况•大班参加考试226人,全年级281人•平均分75.8分•=90分3613%•=80分8430%43%•=70分7426%•=60分5520%46%•60分3211%11%李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季3作业1:NMOS晶体管•(1)某NMOSFET的过驱动电压为0.5V,其饱和电压为多少?•(2)该晶体管的n=2mA/V2,厄利电压为VE=50V,则在VDS=1V时,漏极电流为多少?•(3)其等效电路模型中的源电流为多少?源内阻为多少?李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季4GvDSiDOiGvGSDSvDSiDvGSvDS=vDSsat=vGS-VTH截止区:vGSVTH恒流导通区vGSVTHvGDVTH欧姆导通区vGSVTHvGDVTHMM李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季5VVVVTHGSod5.0•(1)某NMOSFET的过驱动电压为0.5V,其饱和电压为多少?•(2)该晶体管的n=2mA/V2,厄利电压为VE=50V,则在VDS=1V时,漏极电流为多少?•(3)其等效电路模型中的源电流为多少?源内阻为多少?过驱动电压:只有过驱动,VGS=VTH+Vod,才能有静电荷积累形成的沟道VVVVTHGSsatDS5.0,饱和电压:只要VDSVDS,sat,沟道则夹断,电流呈现饱和特性从VGS这个角度看从VDS这个角度看VVVVsatDSDS5.01,晶体管位于有源区mAVVVVIEDSTHGSnD51.002.15.050115.02122kmAVIVrmAVVIrVIIVVIVVIVVVVIDEdsTHGSnDdsDSDDEDSDEDSDEDSTHGSnD1005.0505.05.0211022000002iGVGSVTHVDSVDS,satIDID0rds作业2:PMOS晶体管•画表格,一侧NMOS,一侧PMOS•(1)画出NMOS、PMOS晶体管电路符号,二端口网络定义(端口电压、端口电流)•(2)写出NMOS、PMOS晶体管的元件约束方程•(3)画出伏安特性曲线示意图•(4)对于图示的PMOS连接,给出二端口网络的元件约束方程,画出输出端口(有源负载)伏安特性曲线示意图李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季6GiGvSGSDvSDiDMGiGVDDDvDiDMVDDvGSM有源负载:可向外提供能量,具有非线性内阻的电压源,vG固定则可作为NMOS的负载,vG变化则可实现PMOS反相功能NMOS和PMOS7电路符号二端口网络定义元件约束条件NMOSPMOSGiGvGSDSvDSiDGiGvSGSDvSDiDMMnTHGDnTHGSDSnnTHGSnnTHGDnTHGSDSDSnTHGSnnTHGSDV,vVvvVvV,vVvvvVvVvi,,2,,,2,,15.020pTHDGpTHSGSDppTHSGppTHDGpTHSGSDSDpTHSGppTHSGDV,vVvvVvV,vVvvvVvVvi,,2,,,2,,15.020vDSiDOvGSvDS=vDSsat=vGS-VTH截止区:vGSVTH恒流导通区vGSVTHvGDVTH欧姆导通区vGSVTHvGDVTHvSDiDOvSGvSD=vSDsat=vSG-VTH截止区:vSGVTH恒流导通区vSGVTHvDGVTH欧姆导通区vSGVTHvDGVTH函数平移与反褶运算李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季8VSDIDOVSGVSD=VSDsat=VSG-VTHGIGVSGSDVSDIDMVSG0xyc2V3V4V5VyxcfVVfISDSGD,,GIGVDDDVDIDMVDDVGSMVDIDOVGVD=VDD-VSDsat=VG+VTHVG0xycVDD3V2V1V0VyxVcVfVVVVfIDDDDDDDGDDD,,VVVVTHDD15平移、反褶无源有源李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季9VSDIDOVSGVSD=VSDsat=VSG-VTHGIGVSGSDVSDIDMVSG0xyc2V3V4V5VGIGVDDDVDIDMVDDVGSMVDIDOVGVD=VDD-VSDsat=VG+VTHVG0xycVDD3V2V1V0VpTHDGpTHSGSDppTHSGppTHDGpTHSGSDSDpTHSGppTHSGDV,vVvvVvV,vVvvvVvVvi,,2,,,2,,15.020GpTHDpTHDDGDDDppTHGDDpGpTHDpTHDDGDDDDDDpTHGDDppTHDDGDvV,vVVvvVVvVvV,vVVvvVvVVvVVVvi,,2,,,2,,15.020晶体管是非线性电阻关联参考方向下,DS端口伏安特性全部位于一、三象限,只能吸收功率而无法释放功率晶体管是电压源的非线性内阻源关联参考方向下,DS端口伏安特性存在位于第一象限的区段,可以在此区段向外释放能量对外等效为恒流源对外等效为有内阻的戴维南源作业3PMOS反相器•请用分段折线法分析如图所示PMOS反相器电路,画出其输入-输出电压转移特性曲线示意图–NMOSFET参量为n=2.5mA/V2,VTHn=0.8V;PMOSFET参量为p=1mA/V2,VTHp=0.7V;偏置电阻RD=3.3k,电源电压VDD=3.3V–假设通过某种偏置方式,使得图b所示NMOSFET的栅极电压被设置为VG0=1.3V,源栅电压为VGSn=1.3V,过驱动电压为Vodn=VGSn-VTHn=0.5V。李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季10VDDM2vOUTM1vINVDDRDvINvOUTVG0MPMOS反相器:图解法原理分析李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季11VDDRDvINvOUTM+3.3V3.3kp=1mA/V2,VTHp=0.7VVDIDOVGVG0VDD2.6V2.4V1.8V0V0.9VDDDGDDPMOSDvVvVfi,DDDRvi随着输入电压vIN=vG的增加,输出电压vOUT=vD是降低的:反相功能VDIDOVGVG0VDD2.6V2.4V1.8V0V0.9VDDDGDDPMOSDvVvVfi,DDDRvi分段折线:PMOS截止李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季12VDDRDvINvOUTMVVVvpTHDDIN6.27.03.3,VDDRDvINvOUTM0OUTv分段折线:PMOS恒流李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季13VDDRDvINvOUTMVVVvpTHDDIN6.27.03.3,VDDRDvINvOUTID022,06.23.3INpTHINDDpDDOUTvVvVRIv7.0,INGpTHDOUTvvVvvmAvVvVIINpTHINDDpD22,06.2输入降低,输出提高VDIDOVGVG0VDD2.6V2.4V1.8V0V0.9VDDDGDDPMOSDvVvVfi,DDDRvi分段折线恒流欧姆分界14VDDRDvINvOUTMVVVvpTHDDIN6.27.03.3,22,6.23.3INpTHINDDpOUTvVvVv输入降低,输出提高7.06.23.32,2,INININpTHpTHINDDpOUTvvvVVvVv7.0,INGpTHDOUTvvVvv07.06.23.32ININvv0608.2116.183.32ININvvVVvIN76.3,74.1VvkIN74.1,VDIDOVGVG0VDD2.6V2.4V1.8V0V0.9VDDDGDDPMOSDvVvVfi,DDDRviVvkOUT44.2,分段折线:PMOS欧姆李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季15VDDRDvINvOUTMVvvkININ74.1,VDDRDvINvOUTron3.375.26.216.26.66.26.6122,,ININDDININDDDpTHINDDpDpTHINDDpDDonDDOUTvvVvvVRVvVRVvVVrRRv7.0,INGpTHDOUTvvVvvVDIDOVGVG0VDD2.6V2.4V1.8V0V0.9VDDDGDDPMOSDvVvVfi,DDDRvionOUTDDOUTDDpTHINDDpDDDDDDpTHGDDpDrvVvVVvVvVvVVvVi,2,25.02分段折线分析结果李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季16VDDRDvINvOUTM6.206.21.746.23.374.13.375.26.22VvVvVvVvvvvININININININOUTPMOS欧姆导通PMOS恒流导通PMOS截止00.511.522.5300.511.522.533.574.1,VvkIN67.1,VvkIN74.1,VvkIN分段折线:断分段折线:连续非线性方程求解:连续74.1V67.1V作业4负反馈降低不确定性•(1)验证例4设计:确认两个电流源输出电流都是1mA;确认其等效电路为恒流源•(2)由于工艺参数不确定及环境温度的变化,使得PMOSFET的工艺参量pCox偏离设计值100A/V2-5%,请分析确认,图示两个电路结构的等效恒流源输出,有负反馈电阻的输出电流比没有负反馈电阻的输出电流更稳定,更接近设计值1mA17VDDMRLIoutVG0VLVDDMRLIoutVG0VLR1R2R1R2RSk3.14VDD=3.3VVTH=0.8VpCox=100A/V2W/L=50k7.18k67.2k17.2k3.19k7.13500李国林电子电路与系统基础18VDDMRLIoutVG0VLVDDMRLIoutVG0VLR1R2R1R2RSk3.14VDD=3.3VVTH=0.8VpCox=100A/V2W/L=50k7.18k67.2k17.2k3.19k7.13500VVG87.13.33.147.187.180VVVVGDDSG43.187.13.30mAmAVVLWCITHSGoxpD199.08.043.150100212122VVG37.13.33.197.137.130SDGSDDDSGRIVRIVV93.102225.013.15.28.093.1501002121DSDTHSGoxpDIRIVVLWCI2252.41076.526.26.1DDDDIIII012.61076.52DDIImAmAID123

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