姓名： 麻省理工学院 电气工程与计算机科学系 6.012微电子器件与电路 期末考试 开卷 注意事项： 1.如无另作说明，假定室温和假定KT1g为0.025V。 2.试卷的各个部分相互独立，可单独作答。 3.所有答案和任何相关的记录都必须回答在本试卷上。你所交的任何附加纸张将不 被接受。 4.作合理的近似和假设。叙述并证明你所作的近似和假设是正确的。 5.请确认你的试卷共有12页，一定要把你的名字写在试卷最上面的空白处。 6.你的期末成绩将在12月22日星期三上午9点之后被确定，从1995.1.3号开始，你将 可以看到你的期末成绩。 仅供评阅人使用 第一题 第二题 第三题 第四题 第五题
姓名： 麻省理工学院 电气工程与计算机科学系 6.012 微电子器件与电路 期末考试 开卷 注意事项： 1．如无另作说明，假定室温和假定KT/q为0.025V。 2．试卷的各个部分相互独立，可单独作答。 3．所有答案和任何相关的记录都必须回答在本试卷上。你所交的任何附加纸张将不 被接受。 4．作合理的近似和假设。叙述并证明你所作的近似和假设是正确的。 5．请确认你的试卷共有12页，一定要把你的名字写在试卷最上面的空白处。 6．你的期末成绩将在12月22日星期三上午9点之后被确定，从1995.1.3号开始，你将 可以看到你的期末成绩。 仅供评阅人使用 第一题______________ 第二题______________ 第三题______________ 第四题______________ 第五题______________
第一题(15分) 热身题，3分： a)已知有一硅试样含有10”cm3砷原子（第V族）和5x106cm3硼原子（第三族），在 室温下ni=10°cm3时，此试样中的平衡空穴和电子浓度是多少？ no= Cm3 po= Cm 3 b)有一高质量的长基区硅pn结二极管不小心受到一核放射源的照射，结果使其n结和 结上的少子的寿命从10减少108（没有材料参数的变化）。如果这样，二极管饱 和电流的变化是多少？ Is(之后)MEs(之前)= C)同等的偏置电流c下：共射，共基和共集的连接方式下，按照升序排列线性放大 电路的输出电阻的大小，并给出输出电阻最大值和最小值之比。 最低 中等 最高 Rin(最高)/Rin(最低)
第一题(15分) 热身题，3分： a)已知有一硅试样含有10 砷原子(第V族)和5 x 硼原子(第三族)，在 室温下ni = 时，此试样中的平衡空穴和电子浓度是多少? 17 cm−3 1016 cm−3 1010 cm−3 no =_____________ cm−3 po =_____________ cm−3 b)有一高质量的长基区硅pn结二极管不小心受到一核放射源的照射，结果使其n结和 p结上的少子的寿命从10 减少10 （没有材料参数的变化）。如果这样，二极管饱 和电流的变化是多少？ −4 −8 IES (之后)/IES (之前)=____________ c)同等的偏置电流IC下：共射，共基和共集的连接方式下，按照升序排列线性放大 电路的输出电阻的大小，并给出输出电阻最大值和最小值之比。 ______ ______ ______ 最低 中等 最高 Rin(最高)/Rin(最低)________________
接第一题 )一个共发射极双极型晶体管放大器与一些对温度不敏感的电阻，并且三极管的正 向电流增益1F,厄利电压VA和基极-发射极处电压VE,O,在室温25摄氏度和100摄氏 度条件下保持不变。当放大器升温至100摄氏度时，它的电压增益Av,显著下降。 对于电压增益的变化给出解释，并且用你的解释来估算Av(I00C)/Av(25C)。 Av(100°C)/Av(25°C) )用少于5个单词来回答下列题目 )CMOS器件在全速运行时，和任何其他MOSFET:逻辑器件速度一样快，其功耗相 仿或稍多。尽管如此，CMOS器件的另一种重要应用就是用在低速电路中，在这种 情况下CMOS的优点是什么？ ii)什么结构改变使得486比386运行的更快，而奔腾比486更快？ i)为什么CMOS在线性放大器中的应用更有吸引力？给出一个理由（有若干）。 第一题结束
接第一题 d)一个共发射极双极型晶体管放大器与一些对温度不敏感的电阻，并且三极管的正 向电流增益IF，厄利电压VA和基极-发射极处电压VBE,ON，在室温25摄氏度和100摄氏 度条件下保持不变。当放大器升温至100摄氏度时，它的电压增益AV，显著下降。 对于电压增益的变化给出解释，并且用你的解释来估算Av(100°C)/Av(25°C)。 Av(100°C)/Av(25°C)__________ e)用少于5个单词来回答下列题目 i) CMOS器件在全速运行时，和任何其他MOSFET逻辑器件速度一样快，其功耗相 仿或稍多。尽管如此，CMOS器件的另一种重要应用就是用在低速电路中，在这种 情况下CMOS的优点是什么？ ii)什么结构改变使得486比386运行的更快，而奔腾比486更快? iii)为什么CMOS在线性放大器中的应用更有吸引力?给出一个理由(有若干)。 第一题结束
第二题(20分) 下列p-n结二极管被稳定的光源照射，这种光在x=2wm/3平面上均匀地产生M空穴- 电子对cms。该二极管参数在右图中被列出 M Ohmic Ohmic B 0 1015cr3 1015cm3 Wn=Wp=5 m<<Le,Lh VAB e=1600 cm2/V-s h=800cm2/V-s -Wp Wn ()如果我们把它作为对于低电平的注入的标准，这种标准是过剩少数载流子浓度 不可超过平衡多数载流子的10%，该短路的二极管的M的最大容许值是多少（也就 是当VAB=O时)？ M= cm2s" (b)均匀照射，己知短路的二极管电流是1mA。 )该电流的正负号是怎样的，并且说出为什么。 正 负 因为 第二题接下一页
第二题（20分） 下列p-n结二极管被稳定的光源照射，这种光在x = 2 wn/3平面上均匀地产生M空穴- 电子对cm−2 s −1。该二极管参数在右图中被列出 （a）如果我们把它作为对于低电平的注入的标准，这种标准是过剩少数载流子浓度 不可超过平衡多数载流子的10%，该短路的二极管的M的最大容许值是多少（也就 是当vAB = 0时）？ M = _________________ cm−2 s −1 (b)均匀照射，已知短路的二极管电流是1 mA。 i)该电流的正负号是怎样的，并且说出为什么。 正 负 因为 第二题接下一页
i)在下列坐标轴上画出p区和n区少数载流子扩散电流。 IE.DIFF 4 iH.DIFF -Wp 0 0 )在下列坐标图中画出该器件中的空穴与电子漂移和扩散电流。 H.DIFF IH.DRIFT -Wp 十十X 3Wn Wo 号WnWn 1E DIFF 1E.DRIFT wP 3 WnWn wn Wa c)在下面的空白处画出被照射的二极管的大信号等效电路，作为该p-面结型二极 管的指数二极管大信号模型。 第二题结束
ii)在下列坐标轴上画出p区和n区少数载流子扩散电流。 iii)在下列坐标图中画出该器件中的空穴与电子漂移和扩散电流。 c)在下面的空白处画出被照射的二极管的大信号等效电路，作为该p - n面结型二极 管的指数二极管大信号模型。 第二题结束
第3题(15分) 某一三端的晶体管（不同于任何我们已经在6.012中研究过的晶体管），它的特 性见下图，它可以通过图表下的公式描述： iA(mA) G (Volts) 30 VAC 解析表达式： 0 当 KVAC VaC iG IG(eqvGc/KT-1) iA= G(KVAC VGC)3/2 当 KVAC 2 VaC 当1G=1012A,K=0.1, G=0.25mA/V2/3 a)假定有一偏置点VAc=+50V,VGc=-1V。在此偏置点下，IG与IA的值是多少？ IG= mA IA= mA b)对于此晶体管分别给出下列元件的线性的小信号等效电路(1)一般的定义(2)具 体的代数表达式(3)在a部分中的有效数值 i)输入电导，gin: 定义： 表达式： 数值： 第三题接下页
第３题（15分） 某一三端的晶体管（不同于任何我们已经在6.012中研究过的晶体管），它的特 性见下图，它可以通过图表下的公式描述： 解析表达式： a)假定有一偏置点VAC = + 50 V， VGC = - 1 V。在此偏置点下， IG与IA的值是多少? IG =_____________ mA IA =_____________mA b)对于此晶体管分别给出下列元件的线性的小信号等效电路( 1)一般的定义 ( 2)具 体的代数表达式( 3)在a部分中的有效数值 i)输入电导，gin: 定义： 表达式： 数值： 第三题接下页
ii)跨导、gm: 定义： 表达式： 数值： ii)输出电导、go: 定义： 表达式： 数值： c)在下面给出的空白处，画出此晶体管共阴极低频小信号线性等效电路模型并用你 的模型导出共阴极开路电压增益的表示式，AV,oc。 Av,oc= d)用25字以内描述此器件用于电压放大电路时的一个缺点。 第三题结束
ii）跨导、gm： 定义： 表达式： 数值： iii）输出电导、go: 定义： 表达式： 数值： c）在下面给出的空白处，画出此晶体管共阴极低频小信号线性等效电路模型并用你 的模型导出共阴极开路电压增益的表示式，Av，oc。 Av,oc =_____________ d)用25字以内描述此器件用于电压放大电路时的一个缺点。 第三题结束
第4题(30分) 如下所示，一射极耦合对放大器经过一理想电流源偏置。在此图中的全部电压均以 地为考点。 VCC=10V R1=2k R2=2k R1=R2=2k B F=100 0 VA VB -0+ VBE.ON =0.6 V V12 VCE.SAT=0.2 V E I Io=2 mA Io=2mA VEE=-10V (a)当11和v2=0,写出在AB和E点相对于地的电压。 VA= VB= VE= (b)当1和v2=0,该电流源发出或吸收V功率是多少，此功率的大小是多少？？ 发出 吸收 P1= mW
第４题（30分） 如下所示，一射极耦合对放大器经过一理想电流源偏置。在此图中的全部电压均以 地为考点。 （a) 当vI1和vI2 = 0，写出在A B和E点相对于地的电压。 vA = ____________________ V vB = ____________________ V vE = ____________________ V ( b) 当vI1和vI2 = 0，该电流源发出或吸收vI1功率是多少，此功率的大小是多少？？ 发出 吸收 |P| = _______________mW
接第四题 (c)一恒定（直流电）电压Vc加在输入端，有V1=V2=Vc。求A,B和E点相对于 地面的电压值，并且求到当Vc为以下表格中所给的值时，基极和集电极电流Q和Q2 的值。 Vc=3V Vc 6V VC=9V VA B Vc ici ic2 igi ig2 (d)在下面提供的空白处画出整个放大器的小信号线性等效电路。给出所有电路元件 的数值
接第四题 ( c)一恒定（直流电）电压VC加在输入端，有vI1 = vI2 = VC。求A， B和E点相对于 地面的电压值，并且求到当VC为以下表格中所给的值时，基极和集电极电流Q1和Q2 的值。 ( d)在下面提供的空白处画出整个放大器的小信号线性等效电路。给出所有电路元件 的数值
问题4继续 (e)假定该电路中V1和V2=0,并持续很长时间，如下图所示的一个小的阶跃电压 从左侧输入。 10 mV 0 i)在下面的坐标图上，画出t>O时，VA,VB和VA-VB的草图。忽略开关瞬态响应。 VA-VB I)一电容器，C=3F,接在输出端A和B之间，电路输入为与上题相同的阶跃电 压信号。在下面的坐标轴中画出t>O时的vB。该过渡过程的时间常数为多少(ms)? VE ms ii)把3F电容器从原始位置上移除并连接到B和地之间，重做e-ii部分。 ms
问题４继续 （e）假定该电路中vI1和vI2 = 0，并持续很长时间，如下图所示的一个小的阶跃电压 从左侧输入。 i）在下面的坐标图上，画出 时，vA,vB和vA – vB的草图。忽略开关瞬态响应。 Ii）一电容器， C = 3 F，接在输出端A和B之间，电路输入为与上题相同的阶跃电 压信号。在下面的坐标轴中画出t > 0时的vB。该过渡过程的时间常数为多少( ms)? iii) 把3 F电容器从原始位置上移除并连接到B和地之间，重做e - ii部分