華中科技大學(xué)CMOS拉扎維第二章課后作業(yè)答案中文版

超超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心PAGEPAGE5CMOSAnalogDesign

Homework1SolutionBy:張濤（tomjerry@126.com）2007年3月18日作業(yè)內(nèi)容：一、書本上的習(xí)題2.22.5(a)、(b)、(c)2.6(a)、(b)2.182.24參考解答過程2.2.（1）對于NMOS，工作在飽和區(qū)時，有：==（忽略溝長調(diào)制效應(yīng)）=3.66mAV=20A==73.3（2）對于PMOS，公式基本同上==（忽略溝長調(diào)制效應(yīng)）=1.96mAV=10A==19.62.5a.若不考慮二級效應(yīng)，則=實際情況下，由于襯偏效應(yīng)會影響Gm與VX曲線圖|VGS|=|VDS|=所以VDS>VGS-VTHPMOS處于飽區(qū)=Gm==ID~VX曲線圖Gm與VX曲線圖2.7（為了簡化運算和分析，這里沒有考慮二級效應(yīng)）1.VOUT有電流通過R1產(chǎn)生，電路工作時，S、D反向。（1）當(dāng)0〈VIN〈0.7時，MOS管截止VOUT=0（2）當(dāng)0.7〈VIN〈1.7VGS-VTH=VIN-VOUT-0.7VDS=1-VOUTVGS-VTH〈VDSMOS管處于反向?qū)ǖ娘柡蛥^(qū)Vout=（3）當(dāng)1.7〈VIN〈3VGS-VTH〉VDSMOS管處于反向?qū)ǖ娜龢O管區(qū)Vout=VOUT~VIN 曲線圖2.VOUT有電流通過R1產(chǎn)生，電路工作時，S、D反向。(1).當(dāng)0〈VIN〈1.3時VDS=VIN-VOUT〈VGS-VTHNMOS處于反向?qū)ǖ娜龢O管區(qū)VOUT=IxR1=R1(2)當(dāng)1.3〈VIN〈3NMOS處于反向飽區(qū)VOUT=IxR1=R1VOUT~VIN 曲線圖2.8（a）VS=VDD-VOUTVB=VINVSB=VDD-VOUT-VINMOS管處于二極管連接形式的飽和區(qū)其中所以=I1是恒流源，為定值，因此，可以得到VOUT和VIN的關(guān)系，見下圖VOUT~VIN 曲線圖（b）VGS=2-1=1VDS=VOUT-1VSB=1-VIN當(dāng)M1處于飽和區(qū)邊緣時，有VGS-VTH=VDS1-=VOUT-1（1）VOUT==（2）由（1）（2）則可以解出臨界VIN01.當(dāng)0〈VIN〈VIN0時VGS-VTH〈VDSM1處于飽和區(qū)VOUT=代入VGS、VTH可得到VIN~VOUT關(guān)系2..當(dāng)VIN0〈VIN〈VIN1時VGS-VTH〉VDSM1處于線性區(qū)VOUT=3.當(dāng)VIN〉VIN1時，VGS〈VTHM1處于截止區(qū)代入VGS、VTH、VDS可以得到VINVOUT關(guān)系VIN0受電阻R1的大小影響，當(dāng)R1比較小時，在0~3V時，MOS管一直飽和，隨著R1的增加，MOS管在VIN在0~3v時，可能同時經(jīng)過飽和，三極管甚至截止區(qū)VOUT~VIN 曲線圖（c）S、D反向?qū)╒GS=2-VOUTVDS=2-VOUTVSB=VOUT-VIN所以VDS〉VGS-VTHM1始終處于反向?qū)ǖ娘柡蛥^(qū)。VOUT=I1R1==其中實際仿真波形如下VOUT~VIN 曲線圖理論上，VGS〉0，VOUT應(yīng)該是小于2V的，但是從實際仿真波形圖上可以看到，VOUT上升到了2V以上，這是因為VIN上升得比較大之后，襯低的電壓大于VOUT，電流會從高電壓流到低電壓處，并通過R1，使VOUT上升到2V以上。2.15晶體管工作在飽和區(qū)且為折疊結(jié)構(gòu) ∵CDG=15.36fF,CGS=79.36fF求出gm即可工作在飽和區(qū)且ID=1mAVGS=1.0182V∴2.18因為兩圖都以源端作為輸出端，而由于體效應(yīng)，源襯電壓變化會引起漏源電流變化，從而不適合作為電流源。2.24（a）1.當(dāng)VG〈|VTHN|時M1截止（1）0〈VX〈VG+|VTHP|M2截止（2）VX〉VG+|VTHP|VX=VDS〉|VGS|-|VTHP|所以M2處于飽和區(qū)IX~VX曲線圖2.當(dāng)VG〉|VTHN|時M1導(dǎo)通（1）0〈VX〈VG+|VTHP|M2截止（i）當(dāng)0〈VX〈VGM1處于三極管區(qū)（i）當(dāng)VG+VTHN〈VX〈VG+|VTHP|時M1處于三極管區(qū)（2）VX〉VG+|VTHP|M1M2均處于飽和區(qū)IX~VX曲線圖（b）1.當(dāng)VG〈|VTHN|時M1截止（1）0〈VX〈VG+|VTHP|M2截止（2）VX>VG+|VTHP|因為M1截止，M2上仍然沒有電流IX~VX曲線圖從實際的仿真波形，可以看到，當(dāng)VX比較大時