半导体集成电路部分习题答案(朱正涌)

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1、1第 1 章 集成电路的基本制造工艺1.6 一般 TTL 集成电路与集成运算放大器电路在选择外延层电阻率上有何区别?为什么?答:集成运算放大器电路的外延层电阻率比一般 TTL 集成电路的外延层电阻率高。第 2 章 集成电路中的晶体管及其寄生效应复 习 思 考 题2.2 利用截锥体电阻公式,计算 TTL“与非”门输出管的 ,其图形如图题 2.2CSr所示。提示:先求截锥体的高度-upBLepimcjepi TxT然后利用公式: , baWrc/ln1 212BLCESCWRrLTc/l3321CCSrr注意:在计算 W、L 时, 应考虑横向扩散。2.3 伴随一个横向 PNP 器件产生两个寄生的

2、PNP 晶体管,试问当横向 PNP 器件在 4 种可能的偏置情况下,哪一种偏置会使得寄生晶体管的影响最大?答:当横向 PNP 管处于饱和状态时,会使得寄生晶体管的影响最大。2.8 试设计一个单基极、单发射极和单集电极的输出晶体管,要求其在 20mA 的电流负载下, 0.4V,请在坐标纸上放大 500 倍画出其版图。给出设计条件如下:OLV答: 解题思路由 、 求有效发射区周长 ;0IEefL由设计条件画图先画发射区引线孔;由孔四边各距 画出发射区扩散孔;AD由 先画出基区扩散孔的三边;A由 画出基区引线孔;BE2由 画出基区扩散孔的另一边;AD由 先画出外延岛的三边;由 画出集电极接触孔;CB

3、由 画出外延岛的另一边;AD由 画出隔离槽的四周;Id验证所画晶体管的 是否满足 的条件,若不满足,则要对所作CSrVOL4.0的图进行修正,直至满足 的条件。 ( 及己知CSOLrI0E)VC05.ES第 3 章 集成电路中的无源元件 复 习 思 考 题3.3 设计一个 4k 的基区扩散电阻及其版图。 试求: (1) 可取的电阻最小线宽 =?你取多少?minRW答:12m (2) 粗估一下电阻长度,根据隔离框面积该电阻至少要几个弯头?答:一个弯头第 4 章 晶体管 晶体管逻辑(TTL)电路复 习 思 考 题 4.4 某个 TTL 与非门的输出低电平测试结果为 =1V。试问这个器件合格吗?上O

4、LV机使用时有什么问题?答:不合格。4.5 试分析图题 4.5 所示 STTL 电路在导通态和截止态时各节点的电压和电流,假定各管的=20, 和一般 NPN 管相同, =0.55V, =0.40.5V, BEFVBCFVCESV =0.1 0.2V。 答:(1)导通态(输出为低电平)1CESV3, , , , ,VB1.2VB5.12B2.13VB5.04B8.05, ,mAIR mAICR942 mAIIRER23, , ,B0.304BIB.5B.6, ,IE72RC.36ICL2.7(2)截止态(输出为高电平), , ,VB1.B5.02VB95.41B.4, , , 与 有关mAIR7

5、9AIR40652II4BI021BRCH4.7 要求图题 4.7 所示电路在低电平输出时带动 20 个同类门,试计算输出管 的集电极5Q串联电阻的最大值 ,max 是多少?5CSr答:24 4.8 试分析图题 4.8 所示两种电路在逻辑功能上的差别及产生差别的原因,并写出 F,F的逻辑表达式。答: , BCAFBAF4.9 写出图题 4.9 所示电路的输入与输出的逻辑关系。答: DE4.11 写出图题 4.11 所示电路的 Q 与 A,B 的逻辑关系,并说明为什么输出级一定要用有源泄放电路。答: A第 5 章 发射极耦合逻辑(ECL)电路 不做习题4第 6 章 集成注入逻辑( )电路LI2不

6、做习题第 7 章 MOS 反相器复 习 思 考 题7.1 已知一自举反相器如图题 7.1 所示,其负载管的 W/L=2,设其他参数为=0.7V, =5V, ,忽略衬底偏置效应。TVD25/10VAk(1) 当 时,欲使 =0.3V,驱动管应取何尺寸 ?IHOL答: 9W7.2 有一 E/D NMOS 反相器,若 =2V, =-2V, =25, =5V。TEVTDRDV(1) 求此反相器的逻辑电平是多少?答: OLV)(22TEDR第 8 章 MOS 基本逻辑单元复 习 思 考 题8.2 图题 8.2 为一 E/D NMOS 电路。(1) 试问此电路可实现何种逻辑运算?答: BA(2) 设 ,

7、, , 输入高电平为 ,输入低电平为 VD5TD3VTE1DIHV。IL0求各种输入情况下电路的直流工作状态、各结点电位、各支路电流及直流功耗。5答:设端 ,而 A 端又分两种情况:VILB0输入高电平 DA5VM63. mAIM03.21N0 543Y598ImAM0.76mWPD3.0输入低电平 VILA0VM5 mAIM03.21N127.0 0984MIIY IM.653mA0.7mWPD3.0设端 ,而 A 端又分两种情况:VIHB5输入高电平 DM127.0 mAIIM03.431VN5M6.02Y. 75IImAM3.98mWPD45.0输入低电平 VILA0VM 04321MM

8、II6VN5 0765MIIY mAM3.98mWPD15.08.3 二输入的 E/D NMOS 或非门的电路参数为: =-3V, =1V,TDVTEV, , , ,试计算最坏情况的 值和最2 /5VAkED5RA8RBD5OL好情况的 值。OL答: 22max 1TDRATEOHTED VV22in TRBATETEOLV8.4 说明图题 8.4 的电路均为三态输出门,用传输门逻辑推导电路的逻辑表达式。答:(a) UCA(b) E(c) 第 9 章 MOS 逻辑功能部件复 习 思 考 题 9.1 试画出传输门结构的一位八选一多路开关的电路图,写出逻辑表达式和真值表。答:逻辑表达式0210DK

9、Y121DK210DK3456210 721079.4 如果图题 9.4(a)反相器是有比的,试画出此电路各节点工作波形,分析其功能;如果图题 9.4(b)中 M-1 和 M-2 为无比的,分析此电路能否工作 ?为什么? 答:提示:9.4(a) 画电路各节点工作波形时,注意输出波形的低电平是由两次形成的。此电路实施反相器功能。题 9.4(b)中 和 若为无比,无法反相器功能。1M29.5 分析图题 9.5 所示的两相动态电路的逻辑功能,并说明各级电路分别是有比的还是无比的。假如图中 , ; 从 , ,试画iK21 032i1021出图中,A,B,C,D 和 各点的波形图0V答:该电路为具有保持

10、功能的多路选通开关。该电路中除最后一级为无比电路外,余下均为有比电路。注意:有的波形的低电平由两次形成。第 10 章 存 储 器复 习 思 考 题本章无答案第 11 章 接 口 电 路不做习题第 12 章 模拟集成电路中的基本单元电路复 习 思 考 题12.1 试求图题 12.1 所示达林顿管放大器的电压增益 答: 174vA若忽略 ,则0r1548v提示: 、 、 组成小电流恒流源。R2QD812.3 试在图题 12.3(a),(b),(c),(d)电路中,分别标出 E/E,E/D NMOS 单管放大器,CMOS有源负载放大器和 CMOS 互补放大器中 的栅极及 , 电位,并指出各电路结构上

11、的2M1B2特点。 答:(a) , 或SBV21 DGDGV(b) , 0(c) , SB1DB2SG(d) V12.8 图题 12.8 所示是 A741 中的偏置电路,其中=39k, =5k, =15V, =-15V。试求 和 的值。5R4DEVrI10C答: =0.73mArI1910CA12.12 图题 12.12 是一个 IC 产品中的偏置电路部分。求: 偏置电流 及 的值。01I2答:先求 和211TPGSVkI2312NLWI23201ppLI924102NLWI12.15 有一两管能隙基准源电路如图题 12.15 所示。已知 ,室温下 =0.65V,42CIBEV有效发射面积比为

12、 =10。21/EA(1) 试简单推导 的公式;0V(2) 求出 =400K 时的 值。T 答:(1) 1222120 lnjRVRItBEBE(2) mV480第 13 章 集成运算放大器13.2 对于图题 13.2 所示差分对,设 =100, =0.7V,试求其 和 。0BEFVIDRvdA答: kRID6.309.5vdA13.4 图题 13.4 为一个级联射耦对放大器,设 时, , ,021iiV50。求:VBEF7.0(1) , 及 ;41CI41CEVXI(2) 和 (若 , )。idvdA/0IDR05答:(1) AIC214310(2) 143vdAkRID5213.5 已知射

13、耦对差分放大器电路如图题 13.5 所示,晶体管的 ,4102NP,试求当 =130mV 时的 值。4105PNidV0答: 6.13.8 已知图题 13.8 中 MOS 差分对的 =2mA, ,负载 =10k,试0I2/05.VmAkDR求跨导 和差模电压增 。mgvdA答: 02kIDmvdRA13.11 试指出图题 13.11 中哪些元件是起过流保护作用的,并说明其保护原理。答: 二极管保护电路的保护元件为 、 及34DER晶体管保护电路的保护元件为 、 及Q13.16 CMOS 运放如图题 13.16 所示,其中各有关参数为: , sVcmN/402,=0.01, =2.3 , =-1

14、V, =1V。试求各支路sVcmP/20OXC28/10cmFTPVT电流和电路的总电压放大倍数。提示:此题与本书中 P325 图 13.36 类似, 关键在于决定偏置电流 0I第 14 章 MOS 开关电容电路复 习 思 考 题14.2 图题 14.2 是由两个电容构成的一种开关电容等效电路 和 为两个同频、反相的驱动脉冲信号。11(1) 分析电路工作原理;(2) 写出电路的等效电阻 的表达式。efR答: 21CfRcef14.3 图题 14.3 为一个由开关 S 和电容 C 组成的开关电容电路。试画出用单个 MOS 模拟开关管来代替 S 的等效开关电容电路;若驱动 MOS 管的脉冲频率为

15、=50kHz,cf电容 C =10pF,试求开关电容电路的等效电阻 。efR答: fRcef114.4 图题 14.4 是一个 MOS 开关电容等效电路, 和 为两个同频反相的驱动脉冲信号。(1) 分析电路工作原理;(2) 写出电路等效电阻 的表达式。efR答: 21Cfcef第 15 章 集成稳压器复 习 思 考 题15.1 图题 15.1 为某电路的过热保护电路, 为过热保护管, , 为被保护管,试2Q34Q以芯片为 175时,保护电路的状态来说明该电路的过热保护作用。 答:当 25时, 截止,过热保护电路不起作用。2Q当175时,此时 , 导通,过热保护电路起作用。BVE212第 16 章D/A,A/D 变换器复 习 思 考

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