2023年北京市大学生电子设计竞赛题目

北京市大学生电子设计竞赛题目第一题图1所示为一由CMOS器件构成的双端输入、单端输出运算放大器电路其中,M

1、M

2、M5和M7为N沟道增强型MOSFET,M

3、M4和M6为P沟道增强型MOSFET元件值和各oMOSFET的宽长比注于图中（例如，Mi的沟道宽度为W=100|iM,沟道图云萱放大黑由洛11长度为其宽长比记为W/L=100比）

一、请说明电路中各元器件的作用

二、按图1将电路和元器件参数输入到MULTISIM程序中，进行下列分析，说明进行该项分析时放大器输入端Ini和In2处电路的连接状态，将所得数据填入表格中并回答所提问题注请使用程序中提供的虚拟元器件，此时MOSFET仅需输入器件的沟道长度I IQ2—J100PBI沟道长沟道速度和宽度，其余均用隐含值沟道参数输入位置如下图所示

1、计算输出节点处工作点的电压值

2、在双端输入的情况下，计算该放大器的单位增益带宽，1kHz、10kHz和100kHz三个频率点处的增益和相位值

3、在反相单端输入的情况下，输入频率为1kHz的正弦波电压，考虑到5次谐波，请计算输入信号幅度分别为10mV、15mV和25mV时的总谐波失真THD,并说明计算方法

4、在反相单端输入的情况下，计算补偿电容Cc的值分别为InF、26nF、51nF和76nF时，1kHz、10kHz和100kHz三个频率点处的增益和相位值并说明补偿电容值对放大器的频率特性起什么作用？

5、运用图1所示电路设计一个直流增益410的单端输入反相放大器，画出电路图其中图1所示电路用图2所示简化图形表达，计算其3dB带宽和单位增益带宽图云篁放大黑简化表大211〃

三、图3所示为电流镜电路，宽长比如图中标注，计算M2的宽长比W2分别为50/

10、100/10和300/10时,其输出电流与Mi的漏极电流之比,并解释产生此结果国12由浦右音由弦的因素第二题图4所示为反相单端输入情况下，单极点运算放大器的小信号交流宏模型图］云篁放大器小信号分流安模型4图中，

（1）端为反相输入端，

（2）端为输出端、G表达输入阻抗，（表达输出电阻，S=1/RC表达极点角频率，VCCS1表达跨导为g川的电压控制电流源，VCCS2表达跨导为g,2的电压控制电流源，直流增益为4=gmg“2K，请完毕下列工作

1、给定Z,（〃）=1X106+jox10R=lk，^,.=2^xio3rad/s,人尸-0，请拟定宏模型中元件值，在输入端接抱负交流电压源时，分别计算单位增益带宽和

0.1kHz、

1.0kHz和10kHz三个频率点处的增益和相位值

2、在图4所示宏模型的基础上，构成一个两极点运算放大器的宏模型电路极点均在S域的左半％平面，输入、输出阻抗、直流增益和主极点与上面“1”中给定的数值相同，高频极点表达为=1/尺221）画出宏模型电路图2）在高频极点频率分别为

2.0kHz和

5.0kHz时，计算

0.1kHz、

1.0kHz和10kHz三个频率点处的增益和相位值，并说明高频极点对增益和相位产生什么影响？对运算放大器的应用形成何种限制？第三题带通滤波器电路如图5所示除运算放大器外，电路中各元件参数分别为K=

31.83kQ,凡=816，7=

318.3kQ,Q=C=1000pF,请完毕下列工作

321、将图5中的运算放大器用抱负模型（输入阻抗无穷大，带宽为无穷宽，输出阻抗为零，增益为106）代替，计算带通滤波器的中心频率和3dB带宽

2、将图5中的运算放大器用图4所示单极点宏模型代替，运用此模型分析运算放大器的参数对滤波器频率特性的影响在分析某个参数的影响时，将其余参数设立成对滤波器滤波器频率特性影响可以忽略的值）1分别分析输入阻抗、输出电阻、增益和3dB带宽等参数对滤波器中心频率、中心频率处的增益和3dB带宽等频率特性的影响，列出能说明影响的数据和其余参数的设立值2）假如允许带通滤波器中心频率偏离设计值的5%左右时，运算放大器的最小增益带宽乘积值是多少？并说明拟定该值的方法图带通滤油器由路5第四题输入阻抗Zi（jCD）=Q输出阻抗不规定数值，由设计者自定lxlO-6+y^xlO-11设计一个交流小信号放大器，其中有源器件使用MOSFET,给定设计指标为:

⑥=2乃x IO,md/s，=2不x10,j/其中，

①P、=2乃x103rad/s,co racsp2放大器的传输函数表达为为便于元器件参数调整，请使用MULTISIM中的虚拟元件（虚拟MOSFET的栅极输入电流为零，各极间电容为零，漏源极间交流电阻为无穷大，其余参数使用隐含值）请完毕以下两种情况下的设计工作1）增益4由设计者自定，画出电路图，注明MOSFET的沟道长度和宽度及电路中的元件值;计算并记录放大器频率特性中100Hz、1kHz、10kHz和100kHz四个频率点处的幅度和相位2）增益规定为1000左右，画出电路图，注明MOSFET的沟道长度和宽度及电路中的元件值。