微電子電路 例題總結

2021-09-29 14:32:07 字數 3457 閱讀 3059

本次主要是對經典題目的彙總,如果想看對知識點的彙總,可以看我另一篇部落格:微電子電路——期中總結

1、第乙個電晶體發明年份?:1947

2、發明者當時供職於哪家公司?:bell lab

3、第一塊積體電路發明年份?:1958

4、發明者當時供職於哪家公司?:ti

5、第一台計算機誕生年份?:1946

6、發明者當時供職於哪家公司?:bell lab

7、第乙個mos管誕生年份?:1960

8、cmos管誕生年份?:1963

1、考慮標準0.13µm cmos工藝下nmos管,零襯偏時閾值電壓vt=0.3v,柵氧厚度為tox=260nm,襯底摻雜濃度na=2×1017cm-3,襯底接地。如果源極vs=0.3v時,室溫下nmos管閾值電壓變化多少?

這道題主要考察閾值電壓公式:

重點是我們需要根據他給出來的值來計算體效應係數

其中的ε是常量,q也是常量,而na題目中已經給出,我們需要計算的僅僅是刪氧化層的電容,根據公式:

綜上可以計算出體效應係數,然後需要計算兩個費公尺能級φ,費公尺能級的公式為:

其中的kt/q是常溫下的熱電壓,ni是本證載流子的濃度,都是應該給出來的常量,代入計算即可。由於源極電壓vs=0.3,那麼源底電壓=-0.3,帶入最初的共識,便可以計算出最終的閾值電壓

這道題很難,但要知道,在考試的時候,所有的公式,常量老師都會給出來的,重點是我們怎麼用(~~希望吧)。

2、考慮標準0.13µm cmos工藝下nmos管,寬長比為w/l=0.26µm/0.13µm,柵氧厚度為tox=26å,室溫下電子遷移率µn=220cm2/v·s,閾值電壓vt=0.3v,計算vgs=1.0v,vds=0.2v和1.0v時id的大小。

這道題我們要算的是漏源電流的大小,首先根據給出的vgs和vt可以知道vgs>vt,而當vds=0.2的時候,vdsvds-vt,說明此時處於飽和區,使用公式:

此時我們要計算的只不過是這個常數β,代入公式:

同樣,w和l已經給出,μn也已經給出,只有ctox刪氧化層電容需要計算,代入公式:

至此,所有的引數已經計算完畢,就可以得到漏電流的值。

各位可以看到,標準0.13μm的nmos管經常出現,大家可以記一下他的ε的值或者ctox刪氧化層電容的值,是3.98.8510-14/tox,而tox的單位a是10-8

3、以n型半導體為例,他的多數載流子是自由電子,即自由電子濃度n>空穴濃度p,那麼他是否保持電中性?為什麼?

是保持電中性。

從微觀上講,不管是多子還是少子,都是在原子核之外而言的。就以題目中的n型半導體為例。由於n型半導體是摻雜了五族元素製作而成的,導致在晶格中存在較多的自由電子,構成了多數載流子。

從巨集觀上來看,本徵半導體為電中性,摻雜也是電中性,故**所有電子(不管是不是自由電子)**的數目和原子核中質子的數目是相等的,所以對外不顯電性。

4、在半導體中,哪些是帶正電的?:電離施主、空穴

5、在半導體中,哪些是帶負電的?:電離受主、自由電子

6、對乙個半導體而言會有如下公式:

對於施主雜質,可以認為是電子數d=空穴數d+施主離子數。其中注意,這裡的電子數並不等於n,而是僅僅由施主雜質產生的電子。

對於受主雜質,可以認為是空穴數a=電子數a+受主離子數。其中注意,這裡的空穴數並不等於p,而是僅僅由受主雜質產生的空穴。

8、如圖所示,m1 和 m2 兩管串聯,且 vb < vg-vt < va,請問:

(1) 若都是 nmos,它們各工作再什麼狀態?

(2) 若都是 pmos,它們各工作在什麼狀態?

(3) 證明兩管串聯的等效導電因子是 keff = k1k2/(k1 +k2)。

解:(1)假定vc的值,根據vbvg-vt)

假設m1截止、m2飽和,則上nmos電流為0,下nmos電流大於0,vc被下拉,電路處於非穩態,所以vc會繼續下降到vc2-(vg-vt-vc)2]

ideff=keff(vg-vt-vb)^2

由此可以得到:

又因為id1=id2=ideff

化簡後可得keff=k1k2/(k1 +k2)

1、對於w/l=20/1的電晶體,其 kp和kn分別是多少?

我們可以根據k值的公式:

題目中給出的k『實際上就是除去了寬長比的k值,即k『=1/2μcox

所以,這道題已經很簡單了,直接代入公式就可以。

2、cmos反相器中(w/l)p=(w/l)n時,kr為多少? 計算這個kr值時,cmos反相器由邏輯閾值點確定的最大雜訊容限為多少?(vdd=2.5v, vtn=0.6v, vtp=-0.6v)

這道題我們需要計算kr=kn/kp,直接帶入公式可以求出大概為2.5

要計算最大雜訊容限,我們需要計算出轉換電平vit的值,即公式:

此時我們已經有所有的值,那麼直接算出轉換電平的值,而最大雜訊容限是vdd-vit與vit之間的小值,可以計算出

3、求圖中反相器的最大電流?

想要計算最大電流說明是雙飽和區的時候,即公式:

由於k『都已經給出,且vt都給出了,寬長比在圖中給出分別是5/1和2/1,vdd為2.5v,那麼就可以直接計算出此時的vin,然後帶入等式兩邊任意乙個就可以計算出此時的漏電流大小。

4、計算圖中反相器平均傳輸延遲tp,其中cl=1pf

想要計算平均延遲時間,我們需要用到公式:

題目中已經給出了負載電容的值,高電平為2.5v,k值可計算,vt已經給出,直接帶公式就可以。

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