EEM220 Temel Yarıiletken Elemanlar Çözümlü Örnek Sorular

Transkript

1 EEM220 Temel Yarıiletken Elemanlar Çözümlü Örnek Sorular Kaynak: Fundamentals of Microelectronics, Behzad Razavi, Wiley; 2nd edition (April 8, 2013), Manuel Solutions. Bölüm 6 Seçme Sorular ve Çözümleri Aşağıdaki problemlerde aksi belirtilmedikçe NMOS cihazlar için μncox = 200 μa/v 2, VTH = 0.4 V ve PMOS cihazlar için μpcox = 100 μa/v 2, VTH = V kabul ediniz. 1. Bir NMOS VGS-VTH = 0.6 V iken 1 ma ve VGS-VTH = 0.8 V iken 1.6 ma taşır. Eğer MOSFET triode bölgesinde çalışıyor ise VDS and W/L hesaplayınız. 4. Alttaki devrede M1 elektronik anahtar olarak görev yapmaktadır. Vin 0 ise sinyal yalnızca %5 zayıflamaya uğrayacak şekilde W/L oranını belirleyiniz. VG = 1.8 V ve RL = 100Ω alınız. 2. Küçük bir drain-sorce gerilimi ile çalışan NMOS cihaz direnç olarak çalışmaktadır. Besleme gerilimi 1.8V ise W/L = 20 ile elde edilebilecek minimum iletim direnci (on-resistance) nedir? 5. Alttaki devrede giriş sinyali bir dc seviyesinin üzerine bindirilmiş bir sinüsoidaldir: Vin = V0 cosωt + V1 burada V0 bir kaç mv mertebesindedir. (a) V1 = 0 V için, Vout = 0.95Vin olacak şekilde W/L yi RL ve diğer parametreler cinsisnden elde ediniz. (b) V1 = 0.5 V için (a) yı tekrar yapınız. Sonuçları kıyaslayınız. 3. Direnç olarak çalışan bir MOSFET için bir iç zaman sabitesi (intrinsic time constant) tanımlamak mümkündür. τ = RonCGS bu denklemde CGS = WLCox dur. τ için bir ifade türetiniz ve devre tasarımcılarının bu zaman sabitesini minimize etmeleri için ne yapmaları gerektiğini açıklayınız.

2 9. Altta verilen devreler için M1 in çalışma bölgesini belirleyiniz. 6. NMOS cihaz için ID yi farklı VDS değerleri için VGS nin bir fonksiyonu olarak çiziniz. 10. Alttaki devrede λ = 0 kabul ederek, MOS doyum sınırında çalışacak şekilde M1 in W/L değerini hesaplayınız. 7. Yukarıda çizilen şekilde parabollerin tepe değerlerinin niçin bir parabolün üzerinde bulunduklarını açıklayınız. 8. Altta verilen devreler için M1 in çalışma bölgesini belirleyiniz. 11. Bir üstteki örnekte bulunan W/L değeri için bir üretim hatası sebebiyle gate oksit tabakası kalınlığı iki katına çıkarsa ne olacağını açıklayınız. 12. Alttaki devrede M1 in triode bölgesine girmemesi için gerekli minimum VDD değeri ne olmalıdır? λ = 0 kabul ediniz.

3 15. Alttaki devrede, M1 in doyum sınırında çalışamasını garanti edecek şekilde devre parametreleri arasında bir ilişki türetiniz. λ = 0 kabul ediniz. 13. Alttaki devrede transistörün biyas akımını hesaplayınız. 16. Alttaki devreler için IX i VX in bir fonksiyonu olarak çiziniz. VX in 0 dan VDD = 1.8 V a kadar değiştirildiğini kabul ediniz. λ = 0 alınız. VX in hangi değerinde cihazın çalışma bölgesini değiştireceğini belirleyiniz. 14. Alttaki devrede M1 transistörü için biyas kımı I1 için W/L hesabını yapınız. λ = 0 kabul ediniz.

4 17. W/L = 10/0.18, λ = 0.1 V -1 kabul ederek alttaki devrede M1 in drain akımını hesaplayınız. 20. Aşağıdaki şartları göz önüne alarak doyumda çalışan bir MOSFET in transkondüktansının nasıl değiştiğini belirleyiniz. (a) W/L iki katına çıktıysa ancak ID sabitse (b) VGS - VTH iki katına çıktıysa ancak ID sabitse (c) ID iki katına çıktıysa ancak W/L sabitse (d) ID iki katına çıktıysa ancak VGS - VTH sabitse 18. Alttaki devrede W/L = 20/0.18, λ = 0.1 V -1 kabul ediniz. VB nin hangi değeri transistörü doyum sınırına yerleştirir? 21. Alttaki devrelerde W/L = 20/0.18, λ = 0.1 V -1 kabul ediniz. Her bir devrenin küçük sinyal eşdeğer devresini çiziniz. 19. λ = 0 değeri ile doyum bölgesinde çalışan bir NMOS cihaz 1/(50Ω) değerinde transkondüktans sağlamalıdır. (a) ID = 0.5 ma ise W/L belirleyiniz. (b) VGS - VTH = 0.5 V ise W/L belirleyiniz. (c) VGS - VTH = 0.5 V ise ID belirleyiniz.

5 22. Doyumda çalışan bir MOSFET in öz kazancı (intrinsic gain) gmro olarak tanımlanmıştır. gmro için bir ifade türetin ve sonucu ID nin bir fonksiyonun olarak çiziniz. VDS nin sabit olduğunu kabul ediniz. 23. Sabit VDS gerilimi için öz kazancı (intrinsic gain) gmro çiziniz. (a) ID sabitse VGS - VTH un fonksiyonu olarak. (b) VGS - VTH sabitse ID in fonksiyonu olarak. 24. Bir NMOS cihaz λ = 0.1 V -1 ve VDS = 1.5 V değeri ile gmro = 20 kazanç vermektedir. ID = 1.5 ma ise gerekli W/L değerini hesaplayınız. 25. Bir üstteki problemi λ = 0.2 V -1 için tekrarlayınız.

6 26. Alttaki devrelerde λ 0 dan farklı bir değere sahip olduğunu kabul ediniz. Her bir devrenin küçük sinyal eşdeğer devresini çiziniz.