清华电子系电子电路2011期末

2、 图 4 是一个 2bit 的 FLASH-ADC，它可以将输入模拟电压信号 vin 转换为 2bit 的数字输出 D1D0。 （13 分） a) 请将编码器的码表填全。
C3C2C1C0 1111
D1D0 00
3
现在希望能够设计出编码器，请用卡诺图化简方法给出两个输出逻辑 D1 和 D0 用输 入 C3C2C1C0 表述的逻辑表达式。 D0 卡诺图 b) C3C2 00 01 11 10 D0 逻辑表达式： D0 D1 卡诺图 C3C2 00 01 11 10 D1 逻辑表达式： D1 c) d) e) 用 CMOS 电路实现该编码器，画出 CMOS 晶体管级电路图。 有人说，C3 对上述 2bit AD 转换事实上是没有用处的，你是怎么理解的？ 如果希望去除 C3，请对图 4 的原理图进行修改，获得 2bit AD 转换功能。 \\ C1C0 00 01 11 10 \\ C1C0 00 01 11 10
I1
二端口网络
Vin
V1
RI端口网络及其外部连接
4
a) b) c)
当 VIN 0 0V 时，求交流小信号电压增益 Av
v out 。 v in
当 VIN 0 0.1V 时，即输入 Vin 0.1 vin 时，求输出电压表达式中的直流分量 VOUT 0 和 交流小信号 v out 各自为多大？此时小信号电压增益为多少？ 当 VIN 0 0.1V 时， 即输入 Vin 0.1 vin 时， 考察该工作点位置输入端口的输入阻抗， 静态电阻为 R IN 多少？动态电阻 rin 为多少？ 当 VIN 0 0V 时， 该二端口网络输入电压 v in 的线性范围为多少毫伏？ （即 vin 在什么 范围内，输出中的非线性项的影响不超过线性项影响的 5%？）
图 8 电压跟随器 8、 某晶体管负反馈放大器如图 9 所示： （5 分）
图 9 晶体管负反馈放大器 a) b) c) 该负反馈放大器的反馈类型是什么？ 该反馈放大器输出电压和输入电压之间的增益为多少？ 假设 RE 3 80 ， RF 1k ， RE1 150 ， RC1 9k ， RC 2 5k ， RC 3 500 ， 求电压增益具体数值。
）组态可实现 ） ，其输出电阻为
电压信号的反相放大功能。对于共基组态，其输入电阻为（ （ f)
） 。 已知 BJT 共射组态小信号等效电路模型参数为 rbe ， rce ， gm 。 ）负反馈可使其更接近于理想压
某电压放大器的电压增益为 100，通过（
控压源。加入负反馈网络前，放大器线性范围为1mV；加入负反馈网络后，电压 增益下降为 10，那么理论上线性范围将扩展为（ 线性由三次非线性项主导。 g) h) A 类放大器的最大理论效率为（ ）%，B 类放大器的最大理论效率为（ ）%。 ）mV。假设放大器的非
VDD
Vout
VDD
RD Vin
Vout
M
O
Vin VTH
VDD
图 1 NMOS 反相电路
反相电路输入输出转移特性曲线（第 i,ii,iii 问）
反相放大器交流小信号等效电路图 （第 iv 问）
增益表达式（第 v 问）
l)
2 阻值为 R 的电阻的热噪声，用噪声电压均方值 v n 表述，其表达式为（
） 。 ） 。
） 。 ） 。
图 1 所示为 NMOS 反相电路。已知 NMOS 的阈值电压为 VTH 。 在图 1 右侧图上，画出该反相电路的输入电压输出电压转移特性曲线示意图。 在横轴上划分晶体管的三个工作区域，并将三个区域标注出来。 如果希望用该反相电路实现一个反相放大器， 请在转移特性曲线上点画出恰当 的直流工作点位置，并标注 Q 表示静态工作点。 将该反相电路工作点设置为反相放大器工作模式，直流工作点 Q 的坐标为 VIN 0 , VOUT 0 ，画出该反相放大器的交流小信号等效电路。 在交流小信号等效电路右侧，写出该反相放大器的增益表达式。 如果该反相电路作为数字非门，假设输入逻辑序列为 001010，输出逻辑序列 为（ ） 。
5
7、 图 8 是一个电压跟随器输出级电路，已知负载电阻 R L 2k ，电源电压为 5V ，偏置电 流 I Q 1mA 。 （9 分） a) b) c) d) e) 当输入电压为 2V 时，晶体管需要从+5V 电源中抽取多少电流下来？ 当输入电压为 0V 时，晶体管需要从+5V 电源抽取多少电流下来？ 当输入电压为-2V 时，晶体管需要从+5V 电源抽取多少电流下来？ 画出输入电压和输出电压转移特性曲线。 如果输入电压 v I 2 cos t （伏特） ，请画出输出波形。
3、 放大器 A 的功率增益为 20dB，噪声系数为 3dB；放大器 B 的功率增益为 10dB，噪声系 数为 2dB。 （7 分） a) 两个放大器级联后，总的功率增益是多少 dB？ b) A-B 级联，和 B-A 级联，哪种级联次序更好一些？为什么？ 4、 二端口网络如图 5 所示，其非线性输入电阻的伏安特性方程为 I 1 0.5V1 10V13 ，式中， 端口电压 V1 的单位为伏特，端口电流 I 1 的单位为毫安，电流放大倍数 100 ，负载 R L 2k 。 电路连接关系如图 5 所示， 输入信号 Vin VIN 0 vin ， 输出信号 Vout VOUT 0 vout ， 其中 V IN 0 ，VOUT 0 为直流工作点，v in ，v out 为直流工作点上的交流小信号，交流小信号幅 度很小（9 分） 。
恒流区
b)
已知某 NMOSFET 工作在恒流区，其栅源控制电压为 VGS 0 ，漏极电流为 I D 0 ，厄利 电压为 V E ，则恒流区跨导 g m 的表达式为（ 式为（ ） ，跨导器输出电阻 rds 的表达
） 。已知 NMOSFET 的阈值电压为 VTH 。
c)
双极型晶体管（BJT）名称中的双极（Bipolar）是什么含义？ （ ）
两个电阻 R1 和 R2 串联，总的噪声电压均方值为（ 假设室温为 T，噪声带宽为f。
m) 对某二极管非线性电路施加双音信号， 输入信号的两个频率为 f1=13kHz 和 f2=21kHz， 输出频谱中出现了 5kHz 频率分量， 该频率分量是这样组合出来的： （ 它可由（
2
） ；
）次非线性项产生。
d)
5、 图 6 是一个 CMOS 跨导运算放大电路。 （5 分） a) 通过说明这个运放的工作原理，说明图中每一个元件的作用。 b) 假设所有晶体管均位于恒流区，它们的过驱动电压均设置为 Vod VGS VTH 0.5V ， PMOS 和 NMOS 的厄利电压均为 50V。求该放大器的电压增益。
清华大学本科生期末考试试题纸 《电子电路与系统基础 I》2011 年春季学期期末考试试题
班级 学号 姓名
1、 填空题： （43 分） 。 a) 填表列写 NMOSFET 三个工作区的伏安特性方程，这里可不考虑厄利电压的影响： 工作区域 截止区 欧姆区 条件 VGS VTH 伏安特性方程 ID 0
12V
I C mA
6
1M
6k
vout
vin
Q
CC
3k
2 1
O
6
12
VCE V
图 2 NPN-BJT-CE 组态放大电路 o)
CE 组态放大电路负载线
图 3 所示为一 CMOS 数字电路，请给出输出逻辑 D 的逻辑表达式： D=（ ）
图 3 某 CMOS 数字电路
图 4 2bit FLASH ADC
6
图 6 CMOS 运放 6、 图 7 是一个 MOS 下变频器电路。已知射频信号是中心频率为 1MHz，带宽为 10kHz 的信 号；本振是频率为 600kHz 的方波信号，可以驱动 MOS 开关使之通或断。 （9 分）
图 7 MOS 下变频器 a) b) c) d) 说明图 7 所示下变频器工作原理； 下变频后，中频信号的中心频率为多少？带宽为多少？ 该变频器的变频增益为多少？ 请画出上述下变频器的频谱搬移图。
某 ADC 的采样频率为 8kHz， 输入信号频率范围为 0-20kHz， 采样后出现频率混叠现 象，和 2kHz 频率混叠的频率分量有（ ）kHz。 ）
i)
某 ADC 可将[-1,+1)V 的模拟电压信号转换为 0-255 的数字量输出， 这是一个 （
1
bit 的 ADC，如果模拟输入电压为 0.32V，输出数字量则为（ j) k) 逻辑运算中 De Morgan 律的两个公式为： （ i. ii. iii. iv. v. vi. ） ， （
n)
图 2 是 NPN-BJT-CE 组态放大电路， 已知热电压 vT 25mV 。 图 2 右侧伏安特性曲线 图上已画出了直流负载线，其上给出了直流工作点位置： VCE 0 6V ， I C 0 1mA 。 i. ii. iii. 请在图上直接画出交流负载线，标明交流负载线在两个坐标轴上的截距大小。 该放大器线性放大输出正弦波的最大峰值电压为（ ） V。 该放大器的电压放大倍数为（ ）dB。
d)
已 知 BJT 基 极 输 入 电 流 为 I B 0 ， 则 发 射 结 交 流 小 信 号 电 阻 rbe 的 表 达 式 为 （ ） 。已知热电压为 vT 。 ）
e)
工作于恒流区的 BJT 晶体管有三种组态： 共射 CE， 共基 CB 和共集 CC。 其中， （ 组态可实现电压缓冲功能， （ ）组态可实现电流缓冲功能， （