3．1
分析：对于PMOS和NMOS管二极管连接形式的CS放大电路，最大的区别在于PMOS做负载无体效应，所以这里应该考虑gmb的影响。同时，由于L=，沟道长度比较短，所以，沟长调制效应也应该考虑进去。
?0?sio8.85?10?14?3.9?42 ?μn??350??1.34?10AV?4tOX9?102μnCOX?5同理 μAV2 pCOX?3.835?10∵ ??????L?1?W??W?1050 ? ID1?ID2?0.5mA ????0.50.5?L?21∴ ro1?ro2??NID?20K
ID2??W?12????nCox?V?V1??NVDS2? VO = GS2TH2???2?L?2gm1?gmb2?2?COXWLID?3.6?10?3A/V gm2?1.63?10?3A/V?2.38?10?4A/V
?gm222?F?VSB输出电阻:
1gm2?gmb2?ro2?1
ROUT?//ro1?508?
∴增益 AV??gm1ROUT??1.85
M2换为PMOS管，则可忽略M2的体效应，同理可得
1gm2?ro2?1ROUT?//ro1?974?
∴增益 AV??gm1ROUT??0.85
（a）∵ ??????L?1?W??W?5050 ? ID1?ID2?0.5mA ????0.52?L?21∴ ro1?1?NID?20K ro2??PID?10K
又 μnCOX?0?sio?μn??1.34?10?4AV2
tOX2 ∴ gm1?2?COXWLID?3.6?10?3A/V
∴增益 AV??gm1?ro1//ro2???24.4
（b）求输出电压的最大摆幅及求输出电压最大值与最小值之差 分析可知，当M1管处于临界三极管区时输出电压有最小值Vomin，此时有：
VOUT?VDS1?VGS?VTH1
ID??W?12????nCox?V?V1??NVDS? TH1??L?GS2??1 有以上两式可推得 Vomin=
当M2管处于临界三极管区是输出电压有最大值Vomax，同理有：
?W?1??pCox?VGS?VTH2??2?L?2
ID????1??V?
2PSD VSDMIN = ∴ Vomax = VDD-VSDMIN = 2V ∴输出电压的最大摆幅为Vomax - Vomin =
（a）∵??????L??W?50 ID1?1mA RD?2K? 0.5 ∴ro?1?NID?10K
ROUT?ro1//RD?1.66K gm1?2?COXWLID?5.18?10?3A/V
∴ 增益 AV??gm1ROUT??0.86 （b）∵M1工作在线性区边缘 ∴ VOUT?VDS1?VGS?VTH
?W?1??VGS?VTH?nCox???2?L?1
ID??2?VDD?VOUT
RD 由以上两式可得 VGS?1.13V ， ID?1.28?10-3A
∴
1
ro??NID?7.8K
∴ 增益 AV??gm1?ro//RD???9.34
（c）各区域主要由VDS决定，进入线性区50mV即三极管临界区的VDS减小50mV
∵ 临界区的VDS?VDD?IDRD?0.44V 所以进入线性区50mV时的VDS=
VDD?VDS?1.3?10?3A
RD
∴ ID?? ∴ ID??W?12????nCox?2V?VV?VGSTHDSDS?L?2??1?W????VGS?1.14V
又∵ 三极管区 gm??nCox????VDS?5.19
?L?1
RO?1??ID?W???nCox?VGS?VTH1?VDS??RO?1.28K ?L????VDS??1 ∴增益 AV??gm?Ro//RD???4
分析：已知各支路电流及M1宽长比，可求得M1过驱动电压即Vout，从而由M2的Vgs 及电流可求得其宽长比。
∵??L???0.5 ID1?1mA IS?0.75mA
??1 M1处于临界三极管区有：
?W?1??VGS?VTH?nCox???2?L?1?W?20
ID1??2?10-3??VGS?VTH??0.81V
∴ 对M2分析可得：
?W?1?pCox??L??VDD?Vout?VTH2??2
ID2???2?W??ID1?IS???L???5.16
??2 此时小信号增益为：AV??gm1ROUT??
gm1??10.42 gm2分析：已知支路电流可求得电路输出电阻，由增益表达式可知M1跨导gm1，从而可求得M1宽长比；又由输出摆幅VDD?VOD2?VOD1?2.2可推出M2宽长比。 ∵ ID2?ID1?1mA
11 ∴ro1??NID?10K ro2??PID?5K
gm1ro1//ro2???100?gm1?0.03
∴ 由gm1?2?COXW?L?I1D1?0.03?W?L?1?3352.58
又因为输出电压摆幅为，可得：
华中科技大学CMOS拉扎维第三章课后作业中文答案
