[HW1 Solution] 1. V =1.8 V DD - Semiconductor System...
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[HW1 Solution]
1.
Rin = π π 1 β₯ π π 2 β₯ 20ππΞ©
IDS =12οΏ½
200Β΅AV2 οΏ½ οΏ½
200.18
οΏ½ (πππΊπΊπΊπΊ β πππ‘π‘)2 = 1ππππ
VGS = 0.7ππ,πππΊπΊπΊπΊ =π π 2
π π 1 + π π 2
ππππ β₯ ππππ.ππππππ,πΉπΉππ β₯ ππππ.ππππππ
2.
(a) Rout
RS
vx, ixrOvgs gmvgs
vgs = βπππ₯π₯π π πΊπΊ = βπππ π ,π£π£π₯π₯ β πππ π ππππ
+ gmπ£π£πππ π = πππ₯π₯
π£π£π₯π₯ β πππ₯π₯π π πΊπΊππππ
β gmπππ₯π₯π π πΊπΊ = πππ₯π₯
πππ¨π¨π¨π¨π¨π¨ =ππππππππ
= {ππππ + (ππ + ππππππππ)πΉπΉπΊπΊ}
VDD=1.8 V
500Ξ©
M1
R1
R2
(b) Rin
rOvgs gmvgs
vx, ix
RL
vx = βπ£π£πππ π , οΏ½ix + πππππ£π£πππ π οΏ½ro + ixπ π πΏπΏ = π£π£π₯π₯
ix(ππππ + π π πΏπΏ) = π£π£π₯π₯(1 + ππππππππ)
πππ’π’π’π’ =ππππππππ
=ππππ + πΉπΉπ³π³ππ + ππππππππ
3.
rOvin=vgs gmvgs
RD
RS voutix
ix = πππππ£π£πππ π +π£π£πππππ‘π‘π π π·π· β₯ ππππ
=π£π£ππππ β π£π£πππππ‘π‘
π π πΊπΊ
οΏ½1
RSβ πππποΏ½ π£π£ππππ = οΏ½
1π π πΊπΊ
+1
π π π·π· β₯ πππποΏ½ vout
ππππ =ππππππππππππππ
=ππ β πππππΉπΉπΊπΊ
ππ + πΉπΉπΊπΊ/(πΉπΉπ«π« β₯ ππππ)
4.
(a)
with ID = 0.5mA, VG = 2ππ,πππΊπΊ = 1ππ.πππΊπΊπΊπΊ = 1ππ.ππππππ = 0.3ππ
0.5mA =12
ππππππππππ2 ,πππ’π’ = ππππ.ππππππ/π½π½ππ
ππππ = ππ β (ππππ)(ππ.ππππππ) = ππ.πππ½π½
ππππππ = βππ.πππ½π½ < π½π½ππ βΆ π΄π΄ππ ππππ ππππ πΊπΊπΊπΊπππππππΊπΊππππππππ πΉπΉπΉπΉππππππππ
(b)
πππ’π’π’π’ = ππππππππ β₯ ππππππππ = ππππππππππ
AV =π£π£πππ£π£π π ππππ
= βπ π ππππ
120ππ + π π ππππππππ(5ππ β₯ ππππ β₯ 5ππ)
gm =2πΌπΌπ·π·ππππππ
= 3.33ππππ, ππππ =πππ΄π΄πΌπΌπ·π·
= 100ππΞ©
ππππ = βππ.ππππ
(c)
ππsig = ππππππππππ sinπ€π€π€π€ ,ππππ = ππππ,ππππππππ sinπ€π€π€π€
gm(5ππ β₯ 5ππ β₯ 100ππ) = 8.12
Vgd + πππΊπΊπ·π· = π£π£ππ,ππππππππ +π£π£ππ,ππππππππ
8.12β 0.5 β€ πππ‘π‘ = 0.7 ππ
ππππ,πππΉπΉπΊπΊππ < ππ.πππππ½π½
5V
300kΞ© 5kΞ©
5kΞ©
2kΞ©
Vo
M3Vsig
Rin
200kΞ©
120kΞ© CC1
CS
CC2
πππππΉπΉπΊπΊππ <π½π½ππ,πππΉπΉπΊπΊππ
πππ½π½= ππππππππππ
(d)
Vgs = ππππ1+πππππ π ππ
= π£π£ππ2 when ππππ = ππ
ππππ= ππππππππ
(Also correct if youβve considered 2kΞ© resistor.
The above solution ignored 2kΞ© resistor considering 2kΞ©||300Ξ© β 300Ξ©)
gmπ π πΏπΏβ²1 + πππππ π πΊπΊ
= οΏ½πππππππποΏ½ = 4.06
Vo,peak +ππππ,ππππππππ
4.06β 0.5V β€ 0.7V
πππ¨π¨,π©π©π©π©π©π©ππ = ππ.πππππ½π½
5.
(a)
ID = 0.3ππππ, |ππππππ| = 0.3ππ
VSG = 1.0ππ,πππΊπΊ = 0ππ,πππΊπΊ = 2.5 β πΌπΌπ·π·π π πΊπΊ = 1.0ππ
ππππ = ππ.ππππππ
(b)
2.5V
RS
VoM3Vsig
Rsig
CC
-2.5V
RD
CS
gm =2πΌπΌπ·π·ππππππ
= 2ππππ,ππππ =π£π£πππ£π£π π ππππ
= βπππππ π π·π· = β10
ππππ = ππ.ππππππ
(c)
Vgd + πππΊπΊπ·π· β₯ πππ‘π‘ππ = β0.7
β οΏ½π£π£ππ,ππππππππ +π£π£ππ,ππππππππ
10οΏ½+ 1ππ β₯ β0.7ππ
π―π―π¨π¨,π©π©π©π©π©π©ππ β€ ππ.πππππ½π½
π―π―π©π©π©π©π©π©ππ β€ππππ,πππΉπΉπΊπΊππ
ππππ= ππ.πππππππ½π½
(d)
vpeak = 50ππππ, change RD
β οΏ½π£π£ππ,ππππππππ +π£π£ππ,ππππππππ
πππππ π π·π·οΏ½ + (2.5 β πΌπΌπ·π·π π π·π·) β₯ β0.7ππ
for gm = 2 ππππ, πΌπΌπ·π· = 0.3ππππ
β οΏ½1 + πππππ π π·π·πππππ π π·π·
οΏ½ πππππ π π·π·π£π£ππππππππ + 2.5 β πΌπΌπ·π·π π π·π· β₯ β0.7
ππππ β€ ππ.ππππππππ, ππππ = βπππππΉπΉπ«π« = βππππ.ππ