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/V2, VTH = 0.4 V ve PMOS cihazlar için μpCox = 100 μA/V2,

VTH = - 0.4 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.

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?

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.

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.

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.

6. NMOS cihaz için ID’yi farklı VDS değerleri için VGS’nin bir

fonksiyonu olarak çiziniz.

7. Yukarıda çizilen şekilde parabollerin tepe değerlerinin niçin

bir parabolün üzerinde bulunduklarını açıklayınız.

8. Altta verilen devreler için M1’in çalışma bölgesini belirleyiniz.

9. Altta verilen devreler için M1’in çalışma bölgesini belirleyiniz.

10. Alttaki devrede λ = 0 kabul ederek, MOS doyum sınırında çalışacak

şekilde M1’in W/L değerini hesaplayınız.

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.

13. Alttaki devrede transistörün biyas akımını hesaplayınız.

14. Alttaki devrede M1 transistörü için biyas kımı I1 için W/L hesabını

yapınız. λ = 0 kabul ediniz.

15. Alttaki devrede, M1’in doyum sınırında çalışamasını garanti edecek

şekilde devre parametreleri arasında bir ilişki türetiniz. λ = 0 kabul

ediniz.

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.

17. W/L = 10/0.18, λ = 0.1 V-1 kabul ederek alttaki devrede M1’in drain

akımını hesaplayınız.

18. Alttaki devrede W/L = 20/0.18, λ = 0.1 V-1 kabul ediniz. VB’nin

hangi değeri transistörü doyum sınırına yerleştirir?

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.

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

21. Alttaki devrelerde W/L = 20/0.18, λ = 0.1 V-1 kabul ediniz. Her bir

devrenin küçük sinyal eşdeğer devresini çiziniz.

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.

26. Alttaki devrelerde λ 0’dan farklı bir değere sahip olduğunu kabul

ediniz. Her bir devrenin küçük sinyal eşdeğer devresini çiziniz.