华中科技大学CMOS拉扎维第三章课后作业中文答案
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3.1
分析:对于PMOS 和NMOS 管二极管连接形式的CS 放大电路,最大的区别在于PMOS 做负载无体效应,所以这里应该考虑g mb 的影响。同时,由于L=0.5,沟道长度比较短,所以,沟长调制效应也应该考虑进去。
2
44
1401034.110
99.31085.8350μμ2
V A t C OX sio n
OX n ---⨯=⨯⨯⨯⨯=∙=εε 同理 25
p 10835.3μV A C OX -⨯=
∵ 5.0501
=⎪⎪⎭⎫
⎝⎛L W 5.010
2
=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛L W A I I D D m 5.021== ∴ K I r D
N o o 201
r 21==
=λ
()()22
222
n 2121DS N TH GS ox D V V V L W C I λμ+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= V O = 1.46V V A I L
W
C D OX m /106.32g 31-⨯==
μ V
A m /1063.1g 32-⨯=
V A V g SB
F m m /1038.222g 42
2b -⨯=+=
φγ
输出电阻:
Ω=++=
-508//g 1
R 11
2
22o o mb m OUT r r g
∴增益 85.1g A 1-=-=OUT m V R
M2换为PMOS 管,则可忽略M2的体效应,同理可得
Ω=+=
-974//g 1R 11
2
2o o m OUT r r
∴增益 85.0g A 1-=-=OUT m V R
3.2 (a )∵ 5.0501
=⎪⎪⎭⎫
⎝⎛L W 250
2
=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛L W A I I D D m 5.021== ∴ K I D
N o 201
r 1==
λ K I D
P o 101
r 2==
λ
又 2401034.1μμ2
V A t C OX
sio
n OX n -⨯=∙
=εε
∴ V A I L
W
C D OX m /106.32g 31-⨯==
μ
∴增益 ()4.24//r g A 2
11-=
-=o o m V r
(b )求输出电压的最大摆幅及求输出电压最大值与最小值之差 分析可知,当M1管处于临界三极管区时输出电压有最小值V omin ,此时有:
11TH GS DS OUT V V V V -==
()()DS N TH GS ox D V V V L W C I λμ+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=
1212
11
n 有以上两式可推得 V omin =0.27
当M2管处于临界三极管区是输出电压有最大值V omax ,同理有:
()()SD
P TH GS ox D V V V L W C I λμ+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=
121
2
22
p
V SDMIN = 0.99 ∴ V omax = V DD -V SDMIN = 2V ∴输出电压的最大摆幅为V omax - V omin = 1.73V
3.3 (a )∵5
.050
=
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛L W A I D m 11= Ω=K R D 2
∴K I D
N o 101
r ==
λ
K R D o O U T 66.1//r R 1==
V A I L
W
C D OX m /1018.52g 31-⨯==
μ
∴ 增益 86.0g A 1-=-=OUT m V R (b )∵M1工作在线性区边缘 ∴ TH GS DS OUT V V V V -==1
()
D
O U T
DD TH
GS ox D R V V V V L W C I -=
-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=
2
1
n 21
μ
由以上两式可得 V V GS 13
.1= , A I D 3-1028.1⨯= ∴
K I D
N o 8.71
r ==
λ
∴ 增益 ()34.9//r g A 1-=
-=D
o m V R
(c )各区域主要由DS V 决定,进入线性区50mV 即三极管临界区的DS V 减小50mV ∵ 临界区的V R I V V D D DD DS 44
.0=-= 所以进入线性区50mV 时的DS V =0.39V
∴
A R V V I D
DS
DD D 3103.1-⨯=-==
∴ ()()
V V V V V V L W C I GS DS DS TH GS ox D 14.12212
1
n =⇒--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=
μ
又∵ 三极管区 19.5g 1
n =⎪⎪⎭⎫
⎝⎛=DS ox m V L W C μ
()K R V V V L W C V I R O DS TH GS ox DS D O
28.111
n 1
=⇒--⎪⎪⎭⎫
⎝⎛=∂∂=
-μ ∴增益 ()4//R g A -=
-=D
o m V R
3.12
分析:已知各支路电流及M1宽长比,可求得M1过驱动电压即out V ,从而由M2的gs
V 及电流可求得其宽长比。 ∵5.020
1
=⎪⎪⎭⎫
⎝⎛L W A I D m 11= A I S m 75.0= M1处于临界三极管区有:
()
()V V V V V L W C I TH GS TH
GS ox D 81.01021
3-2
1
n 1=
-⇒=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=
μ
∴ 对M2分析可得:
()
16.521
2
12
2
p 2=⎪⎪⎭⎫
⎝⎛⇒-=--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=
L W I I V V V L W C I S D TH out DD ox D μ
此时小信号增益为:42.10g A 2
1
1-=-
=-=m m OUT m V g g R 3.14
分析:已知支路电流可求得电路输出电阻,由增益表达式可知M1跨导1m g ,从而可求得M1宽长比;又由输出摆幅2.2V 12=--OD OD DD V V 可推出M2宽长比。