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第 2 周:从二极管波形到晶体管工作区

本周把“先假设状态、再用外电路审判”的方法迁移到 BJT 与 MOSFET。Day 8–13 各 45 分钟,Day 14 关卡 50 分钟;模电周预算 320 分钟。

冲刺必会

晶体管不是背公式的三端黑箱。每次先标端子和电压,再判工作区;只有 Q 点成立,才允许画小信号模型。

本周学习节奏

本周器件符号密集。每天只新增一张“端子—方向—区域—方程”卡片;额外器件物理放入考后深入。把“Q 点附近小信号”始终理解为对器件非线性关系在工作点附近做一阶近似,并用当天题目独立验证。

定位资料规则: 链接只用于在长讲义中定位,不要求通读。27 分钟核心时段只读取当日点名的关键图与公式,并按本日分配计时;看完立刻合上资料完成对应任务,未点名内容归入深入轨。

任务与核对规则: Dnn-R 是回忆,Dnn-K1/K2/K3 是核心任务(有前置准备时另标 K0),Dnn-O/Q/V 分别是口述、电路、单条件变式,nn 为两位 Day。普通日的 P0 关卡就是 O/Q/V:先独立完成三项,再在本日折叠答案按模型、方向、方程、结果和边界核对;三项全部独立成立才记“通过”,否则记“进行中”和最早断点。回忆中提到自己的旧失分题时,核对原交卷及其原题答案,不预设失分内容。作图用本日答案的节点/关键点或精确指定的教材图检查,不要求临时重构别题。实验只替换同目标核心任务,不另加分钟。学习助手也必须等学习者作答后才打开/转述答案。

Day 8 二极管波形:整流、限幅与钳位

预计用时:45 分钟

目标: 能把一个周期按二极管状态分段,画出带门槛的整流、限幅、钳位输出,并标关键电平。

前置知识: Day 6 的模型选择和状态算法,Day 7 关卡中暴露的最低分知识链。

定位资料(非整节通读): 在整流、限幅与钳位只查 6.1 半波波形、6.2 偏置限幅波形、6.3 钳位启动/稳态图和 6.4 辨析表;只读各图前后解释,不重做长算例。

交互实验: 在二极管状态与波形中先预测导通区,只改压降或参考电平之一,再用门槛与输出波形解释差异。

D08-R|5 分钟回忆: 完成 Day 1 的 D+7:解释关联参考方向;完成 Day 5 的 D+3:从势垒说明为何二极管能整流;重答 Day 7 最低分题的第一步。

核心学习(27 分钟):

  1. D08-K1 在输入波形上先找可能切换的门槛时刻,再逐段假设导通/截止、求 \(v_o\) 并审判状态。
  2. D08-K2 画半波整流和偏置限幅波形,坐标必须有 0、峰值、阈值与时间;不要把 \(0.7\ \mathrm V\) 遗漏成理想二极管。
  3. D08-K3 对钳位电路先分析启动充电,再在 \(RC\) 远大于周期时用近似恒定电容电压画稳态;说明负载会造成下垂。

D08-O|口述题(4 分钟): 用 90 秒区分整流、限幅、钳位,并分别说出输出改变的是半周、幅值还是直流电平。

D08-Q|电路题(4 分钟): 输入为 \(\pm5\ \mathrm V\) 正弦,经串联电阻到输出;输出对地接二极管,使正向时在约 \(+0.7\ \mathrm V\) 导通。分段写 \(v_o\) 并画波形。

D08-V|改变一个条件题(2 分钟): 保持二极管 A 接输出,只把 K 从地改接 \(+2\ \mathrm V\) 理想参考节点(参考源另一端接地)。限幅电平怎样移动?先标 \(v_D=v_o-2\ \mathrm V\) 再答。

D08 完成后核对:核心依据、O/Q/V 答案(独立作答前不打开)

D08-R/K 核对: 参考与 PN 原因见 Day 1/5;Week 1 失分项只能与自己的交卷证据核对。切换点来自 \(v_A-v_K=V_\gamma\),不是只按输入过零。整流、限幅与钳位的图/模型依据分别为第 2 章 §6.1/6.2/6.3;启动充电与稳态保持不可混同。

D08-O: 整流改变保留的半周,限幅限制超阈幅值,钳位通过电容储能平移直流电平,近似保持峰峰值;有负载时要查下垂。

D08-Q: A 接输出、K 接地;\(v_o=\min(v_i,0.7\ \mathrm V)\)。令 \(v_i=5\sin\theta\),切换角 \(\alpha=\arcsin(0.14)=8.048^\circ\);每周期 \([\alpha,180^\circ-\alpha]\) 输出为 0.7 V,其余跟随输入,负峰 −5 V。门槛等号是 \(i_D=0\) 的 ON 边界。

D08-V: K 改接 +2 V 参考点后 \(v_o=\min(v_i,2.7\ \mathrm V)\);\(\alpha=\arcsin(0.54)=32.684^\circ\),上限升至 2.7 V、负峰仍 −5 V。正确图在这两个切换点水平接平顶,不能整体抬高正弦。

复习登记(3 分钟): D+1(Day 9)无图口述三类电路区别;D+3(Day 11)画一题反向限幅;D+7(Day 15)从输入波形标出全部切换时刻。

Day 9 BJT 结构、端口关系与工作区

预计用时:45 分钟

目标: 能识别 NPN 的 B、C、E 端和电流参考方向,用两个 PN 结偏置判断 BJT 截止区、正向有源区与饱和区。

前置知识: Day 5 的 PN 结,Day 6 的状态假设算法。

定位资料(非整节通读): 只查2.2 三种电流关系、3.1 两结判区表和 3.3 状态分析链;反向有源拓展不读。

D09-R|5 分钟回忆: 完成 Day 2 的 D+7:口述 KCL/KVL 与边界;完成 Day 6 的 D+3:复用 D08-V 的 +2 V 参考限幅器判断门槛。

核心学习(27 分钟):

  1. D09-K1 固定约定:NPN 的 \(i_B,i_C\) 流入器件,\(i_E\) 流出,恒有 \(i_E=i_B+i_C\);放大区近似 \(i_C=\beta i_B\) 不是恒等式。
  2. D09-K2 用 BE、BC 两结偏置判断:截止近似两结不正偏;正向放大为 BE 正偏、BC 反偏;饱和为两结都正偏。
  3. D09-K3 状态题先假设区域、换模型、解端电压电流,再检查结偏置和外电路是否能提供假定电流。

D09-O|口述题(4 分钟): 用 90 秒解释“为什么只看 \(V_{BE}\approx0.7\ \mathrm V\) 不足以判断 BJT 在放大区”。

D09-Q|电路题(4 分钟): NPN 发射极接地,测得 \(V_B=0.72\ \mathrm V\)、\(V_C=5\ \mathrm V\)。判断两结偏置与工作区,并标 \(i_B,i_C,i_E\)。

D09-V|改变一个条件题(2 分钟): 只把上题 \(V_C\) 降到 \(0.2\ \mathrm V\),为什么原先的 \(i_C=\beta i_B\) 可能失效?

D09 完成后核对:核心依据、O/Q/V 答案(独立作答前不打开)

D09-R/K 核对: KCL/KVL 边界见 Day 2,偏置限幅见 Day 8。NPN 的 \(I_B,I_C\) 流入、\(I_E\) 流出,\(I_E=I_B+I_C\);\(\beta\) 关系仅为有源近似。深饱和固定压降候选还需检查外部基极驱动,不是只验电流为正。

D09-O: \(V_{BE}\) 只描述 BE 结,还须比较 \(V_B-V_C\);BE 正偏而 BC 反偏才是前向有源,BC 也正偏就是饱和。

D09-Q: \(V_{BE}=0.72\ \mathrm V>0,V_{BC}=0.72-5=-4.28\ \mathrm V\lt 0\),前向有源;电流方向如 K 项。

D09-V: \(V_{BC}=0.52\ \mathrm V>0\),两结正偏;电流受外电路和饱和输运约束,不能继续用有源 \(I_C=\beta I_B\)。只给节点电压并不能求出电流数值。

复习登记(3 分钟): D+1(Day 10)画 NPN 三端方向和区域表;D+3(Day 12)做一题给端电压判区;D+7(Day 16)用两个结解释饱和。

Day 10 BJT 直流偏置、负载线与 Q 点

预计用时:45 分钟

目标: 能求固定偏置或分压偏置 BJT 的静态工作点(quiescent point, Q 点),并用负载线检查工作区和摆幅余量。

前置知识: Day 3 的戴维南、Day 9 的 BJT 工作区。

定位资料(非整节通读): 在BJT 偏置与负载线只查 4.1 固定偏置算例、4.2 分压偏置中的戴维南步骤和 4.3 判区/边界清单;不延伸其他偏置拓扑。

D10-R|5 分钟回忆: 完成 Day 3 的 D+7:说明有受控源时怎样求 \(R_{th}\);完成 Day 7 的 D+3:对最低分知识链换一个参数重做。

核心学习(27 分钟):

  1. D10-K1 DC 分析时电容开路;把基极分压网络化为 \(V_{th},R_{th}\),从基极—发射极回路求 \(I_B\) 与 \(I_C\) 候选值。
  2. D10-K2 从集电极回路写 \(V_{CE}=V_{CC}-I_CR_C-I_ER_E\),画截止端点与饱和端点,Q 点必须落在模型适用区。
  3. D10-K3 解释发射极电阻的负反馈:\(I_C\) 偏大使 \(V_E\) 抬高、\(V_{BE}\) 变小,从而抑制变化;代价是电压余量和增益。

D10-O|口述题(4 分钟): 用 90 秒回答“设置 Q 点的目的是什么?为什么不能只算 \(I_C=\beta I_B\) 就结束?”

D10-Q|电路题(4 分钟): \(V_{CC}=10\ \mathrm V,R_C=2\ \mathrm{k\Omega},R_B=930\ \mathrm{k\Omega},\beta=100,V_{BE}=0.7\ \mathrm V\),发射极接地。求候选 \(I_B,I_C,V_{CE}\) 并判区。

D10-V|改变一个条件题(2 分钟): 只把 \(\beta\) 加倍,上述固定偏置 Q 点怎样移动?若加入发射极电阻,敏感性趋势如何?

D10 完成后核对:核心依据、O/Q/V 答案(独立作答前不打开)

D10-R/K 核对: 受控源须保留并加测试源;旧关卡变式按原目标与本页对应模型核对,不预设已通过。DC 时电容开路;分压偏置有 \(I_B=(V_{th}-V_{BE})/[R_{th}+(\beta+1)R_E]\),再求 \(I_C,I_E,V_{CE}\) 并验结偏置。

D10-O: Q 点给出无信号状态、小信号导数和两侧摆幅余量;仅算 \(\beta I_B\) 未证明外电路能提供该电流。

D10-Q: \(I_B=10.0\ \mu\mathrm A,I_C=1.00\ \mathrm{mA},V_{CE}=8.00\ \mathrm V\);\(V_C>V_B=0.7\) V,自洽有源。负载线 \(V_{CE}=10-2\mathrm{k}I_C\),截止截距 10 V、理想零压电流截距 5 mA;Q 点为 \((8\ \mathrm V,1\ \mathrm{mA})\)。

D10-V: \(\beta=200\) 后 \(I_B\) 不变,\(I_C=2.00\) mA、\(V_{CE}=6.00\) V,仍有源。加入 \(R_E\) 会使电流上升抬高发射极电压、减小基流,降低偏置对 \(\beta\) 的敏感性;没有给 \(R_E\) 等新参数,不能编造新数值。

复习登记(3 分钟): D+1(Day 11)无提示写 DC 求解顺序;D+3(Day 13)做分压偏置 Q 点题;D+7(Day 17)用负载线解释截止和饱和削顶。

Day 11 BJT 小信号线性化

预计用时:45 分钟

目标: 能区分总量、直流量和增量,从 Q 点求 \(g_m,r_\pi,r_e\),并画出基础混合 \(\pi\) 小信号模型。

前置知识: Day 4 的局部动态直觉、Day 10 的 Q 点。

定位资料(非整节通读): 在BJT 小信号线性化只查 5.1 总量/直流/增量与混合 \(\pi\) 图、5.2 线性化幅度和 5.3 分析链;Early 效应留到深入轨。

D11-R|5 分钟回忆: 完成 Day 4 的 D+7:解释 \(R\) 加倍怎样改变 RC 波形;完成 Day 8 的 D+3:把 D08-Q 二极管反接(A 接地、K 接输出)画下限幅波形。

核心学习(27 分钟):

D11-K0(7 分钟,已含在核心 27 分钟内): 在工具章 §2.1、§4.2和§5.1只看 \(j\)、模/角、同频相量微分与 \(Z_C\) 的定义;独立写 \(\lvert1+j\rvert\)、相角及“频率十倍时电容阻抗幅值怎样变”。这先于下方首次使用中频电容近似;余下 20 分钟做 BJT 三项。

  1. D11-K1 写 \(v_{BE}(t)=V_{BEQ}+v_{be}(t)\)、\(i_C(t)=I_{CQ}+i_c(t)\);小信号不是“小电流”,而是围绕 Q 点的增量足够小。
  2. D11-K2 由指数关系的一阶导数得到 \(g_m=I_C/V_T\),再由 \(i_b=i_c/\beta\) 得 \(r_\pi=\beta/g_m\),且 \(r_e\approx1/g_m\)。
  3. D11-K3 画基—射之间 \(r_\pi\)、集—射之间受控电流源 \(g_mv_{be}\);中频分析将独立 DC 电压源置交流地。

D11-O|口述题(4 分钟): 用 90 秒解释“小信号模型为什么依赖 Q 点,输入过大时会发生什么”。

D11-Q|电路题(4 分钟): 已知 \(I_C=1\ \mathrm{mA},\beta=100,V_T=25\ \mathrm{mV}\),求 \(g_m,r_\pi,r_e\),并检查单位。

D11-V|改变一个条件题(2 分钟): 只把 \(I_C\) 加倍且 \(\beta\) 不变,\(g_m,r_\pi,r_e\) 分别如何变化?

D11 完成后核对:核心依据、O/Q/V 答案(独立作答前不打开)

D11-R/K 核对: RC 变慢见 Day 4;反向限幅为 \(v_o=\max(5\sin\theta,-0.7)\ \mathrm V\),负半周 \(188.048^\circ\) 至 \(351.952^\circ\) 平在 −0.7 V(门槛等号归零电流 ON)。\(g_m\) 是 Q 点局部斜率。图应有 B—\(r_\pi\)—E,以及 C 到 E 的 \(g_mv_{be}\) 源,\(v_{be}=v_b-v_e\);只在 E 交流接地时可把 E 画到地。频域起步核对:\(j^2=-1,\lvert1+j\rvert=\sqrt2,\arg(1+j)=45^\circ\),同频相量微分乘 \(j\omega\);\(Z_C=1/(j\omega C)\),固定 C 时频率十倍使阻抗幅值为十分之一。

D11-O: 先有 Q 点才有线性化参数;\(|v_{be}|\ll V_T\) 且不跨区才可保留一阶项,输入增大产生非线性甚至削顶。

D11-Q: \(g_m=40.0\ \mathrm{mS}\),\(r_\pi=2.50\ \mathrm{k\Omega}\),题中 \(r_e\approx1/g_m=25.0\ \Omega\);若保留有限 \(\beta\),\(r_e=\alpha/g_m=24.75\ \Omega\)。

D11-V: \(g_m=80.0\ \mathrm{mS}\),\(r_\pi=1.25\ \mathrm{k\Omega}\),\(1/g_m=12.5\ \Omega\)(有限 \(\beta\) 的 \(r_e=12.38\ \Omega\))。S=A/V,不能写成电阻单位。

复习登记(3 分钟): D+1(Day 12)默写三个参数及单位;D+3(Day 14)从给定 Q 点重画模型;D+7(Day 18)解释输入幅度为何影响线性。

Day 12 NMOS 结构与工作区

预计用时:45 分钟

目标: 能识别增强型 NMOS 的 G、D、S,使用 \(V_{GS},V_{DS},V_{OV}\) 判断 NMOS 截止区、三极管区和饱和区。

前置知识: Day 5 的载流子与电场、Day 9 的状态判断方法。

定位资料(非整节通读): 只查6.1 沟道形成图、7.1 三区域不等式和 7.3 状态假设算法;7.2 电流式证明只作深入轨。

D12-R|5 分钟回忆: 完成 Day 5 的 D+7:回答温度与正向压降趋势;完成 Day 9 的 D+3:复用 D09-V 的 \(V_E=0,V_B=0.72,V_C=0.2\) V 判断两结。

核心学习(27 分钟):

  1. D12-K1 栅极绝缘使 DC 栅电流理想近零;\(V_{GS}>V_{TH}\) 才形成反型沟道,定义过驱动 \(V_{OV}=V_{GS}-V_{TH}\)。
  2. D12-K2 长沟道模型:\(V_{GS}\lt V_{TH}\) 为截止;在 \(V_{GS}\ge V_{TH},V_{DS}\ge0\) 的导通侧,\(V_{DS}\lt V_{OV}\) 为三极管区,\(V_{DS}\ge V_{OV}\) 为饱和区。本书把 \(V_{GS}=V_{TH}\) 归零电流的饱和侧边界;等号不表示已经产生强反型电流。
  3. D12-K3 强调命名差异:MOS“饱和区”常用于放大,BJT“饱和区”则意味着两结正偏、失去 \(\beta\) 关系。

D12-O|口述题(4 分钟): 用 90 秒说明“NMOS 为什么近似电压控制,又为什么不能说栅极永远没有电流”。

D12-Q|电路题(4 分钟): NMOS 源极接地,\(V_{TH}=1\ \mathrm V,V_G=3\ \mathrm V,V_D=4\ \mathrm V\)。求 \(V_{OV}\) 并判断区域。

D12-V|改变一个条件题(2 分钟): 只把 \(V_D\) 降到 \(1\ \mathrm V\),器件区域和电流方程应怎样改变?

D12 完成后核对:核心依据、O/Q/V 答案(独立作答前不打开)

D12-R/K 核对: 固定电流时常见硅结正向压降随升温下降;BJT 两结判区见 Day 9。NMOS 栅 DC 近似开路,但动态有充放电电流;先定义 \(V_{OV}=V_{GS}-V_{TH}\)。本书将 \(V_{GS}=V_{TH},V_{DS}\ge0\) 归零电流的饱和侧边界;这不表示已经有强反型电流,也不能在 \(V_{OV}=0\) 套 \(2I_D/V_{OV}\)。

D12-O: 栅电压通过电场建立沟道;绝缘不等于无栅电容、漏电或保护支路电流。

D12-Q: \(V_{TH}=1\) V、\(V_{GS}=3\) V,故 \(V_{OV}=2\) V;\(V_{DS}=4\ge2\) V,NMOS 饱和区。

D12-V: \(0\le V_{DS}=1\lt V_{OV}=2\) V,三极管区;忽略沟长调制时 \(I_D=k_n(V_{OV}V_{DS}-V_{DS}^2/2)=1.5k_n\ \mathrm{V^2}\)。未给 \(k_n\),无唯一安培数值。\(V_T\) 留给热电压,阈值写 \(V_{TH}\)。

复习登记(3 分钟): D+1(Day 13)默写三个区域不等式;D+3(Day 15)做一题源极不接地的判区;D+7(Day 19)比较 BJT/MOS“饱和”的含义。

Day 13 MOS 小信号与 BJT 对照

预计用时:45 分钟

目标: 能从 MOS Q 点求 \(g_m\)、画小信号模型,并从输入端口、跨导、偏置敏感性和非理想性比较 BJT/MOS。

前置知识: Day 11 的线性化,Day 12 的 NMOS 饱和区平方律。

定位资料(非整节通读): 只查9.1 \(g_m\) 推导与模型图、10.1 控制端口比较和 10.2 对照检查链;9.2 的 \(r_o\)/体效应只读定义句。

D13-R|5 分钟回忆: 完成 Day 6 的 D+7:区分 \(V_D/I_D\) 与 \(r_d\);完成 Day 10 的 D+3:写出分压偏置求 Q 点的方程顺序。

核心学习(27 分钟):

D13-K0(5 分钟,已含在核心 27 分钟内): 用PNP/PMOS 极性迁移的对照与数值例,先画 PNP 的三个电流箭头,再把 NMOS 的 \(V_{GS},V_{DS}\) 迁成 PMOS 的 \(V_{SG},V_{SD}\),口述两个有源/饱和条件。它是 Day 20 互补管和 Day 27 上拉电流镜的前置;剩余 22 分钟做 MOS 三项。

  1. D13-K1 对 \(I_D=\tfrac12kV_{OV}^2\) 在 Q 点求导,得 \(g_m=kV_{OV}=2I_D/V_{OV}\);小信号受控源为 \(g_mv_{gs}\)。
  2. D13-K2 基础模型中栅极开路、漏源间放受控电流源;考虑沟道长度调制时再加入 \(r_o\approx1/(\lambda I_D)\)。
  3. D13-K3 对照:MOS 栅 DC 输入电阻高,BJT 同电流下常有更高 \(g_m\);两者实际都受寄生电容、输出电阻、温度和偏置限制。

D13-O|口述题(4 分钟): 用 90 秒回答“BJT 是电流控制、MOS 是电压控制,这种说法哪里有用、哪里过度简化?”

D13-Q|电路题(4 分钟): 某 NMOS 的 \(I_D=1\ \mathrm{mA},V_{OV}=0.2\ \mathrm V\),求 \(g_m\);与同为 \(1\ \mathrm{mA}\) 的 BJT(\(V_T=25\ \mathrm{mV}\))比较跨导。

D13-V|改变一个条件题(2 分钟): 保持 \(I_D\) 不变,只把 MOS 的 \(V_{OV}\) 加倍,\(g_m\) 怎样变?为维持该电流,器件参数 \(k\) 需怎样变?

D13 完成后核对:核心依据、O/Q/V 答案(独立作答前不打开)

D13-R/K 核对: \(V_D/I_D\) 是从原点割线电阻,\(r_d\) 是 Q 点切线倒数;分压偏置方程见 Day 10。忽略 \(\lambda\) 的 MOS 饱和平方律给 \(g_m=k_nV_{OV}=2I_D/V_{OV}\);模型源从 D 指向 S,控制电压 G 对 S。极性迁移:PNP 的 \(I_E\) 流入、\(I_B,I_C\) 流出;有源时 \(V_{EB}>0,V_{CB}\lt 0\)。PMOS 用正的 \(V_{SG},V_{SD}\) 与 \(|V_{TH,p}|\) 判区,常规电流从 S 到 D。核对极性迁移算例,不能只反电流箭头而保留 N 型端压不等式。

D13-O: “电流控制/电压控制”描述有用端口近似;BJT 的输运电流也指数依赖 \(V_{BE}\),MOS 控制端也需要动态充电,不能当无条件器件定律。

D13-Q: MOS \(g_m=2(1\mathrm{mA})/0.2=10.0\) mS;BJT \(g_m=1\mathrm{mA}/25\mathrm{mV}=40.0\) mS,为其 4 倍。

D13-V: \(V_{OV}=0.4\) V 且 \(I_D=1\) mA 时 \(g_m=5\) mS;\(k_n=2I_D/V_{OV}^2\) 由 50 降到 12.5 mA/V²,为原来的 1/4。仅改偏压而器件 \(k_n\) 固定,不能同时维持原电流。

复习登记(3 分钟): D+1(Day 14)画 MOS 小信号模型;D+3(Day 16)完成 BJT/MOS 同电流跨导比较;D+7(Day 20)口述 \(r_o\) 的来源与趋势。

Day 14 第二关卡:器件状态、偏置与小信号

预计用时:50 分钟

目标: 在不翻书时完成二极管波形、BJT/MOS 判区、Q 点和小信号参数的组合分析。

前置知识: Day 8–13,并能调用 Week 1 的 KCL/KVL、戴维南与 RC。

定位资料(非整节通读): 关卡前不读教材;评分后的 5 分钟只按一个失分点查BJT/MOS 错误表的一行,或从状态案例画廊选一个同区域案例,不连续浏览。

D14-R|5 分钟回忆: 完成 Day 7 的 D+7:用 90 秒串起“参考方向—守恒—等效—动态—模型审判”;完成 Day 11 的 D+3:由 Q 点写 BJT 小信号参数。

核心闭卷题单(27 分钟,90 分):

  1. D14-G1|0–9 分钟,30 分。 (a)对 \(\pm5\ \mathrm V\) 正弦和 \(+0.7\ \mathrm V\) 对地上限幅器,写分段式、标切换点并画一周期(15 分)。(b)NPN 发射极接地,分别对 \((V_B,V_C)=(0,5),(0.72,5),(0.72,0.2)\ \mathrm V\) 判工作区并写 BE、BC 偏置(15 分)。
  2. D14-G2|9–18 分钟,30 分。 \(V_{CC}=10\ \mathrm V,R_C=2\ \mathrm{k\Omega},R_B=930\ \mathrm{k\Omega},\beta=100,V_{BE}=0.7\ \mathrm V\),发射极接地:求 \(I_B,I_C,V_{CE}\) 并判区(18 分);再取 \(V_T=25\ \mathrm{mV}\),求 \(g_m,r_\pi,r_e\) 并画受控源方向(12 分)。
  3. D14-G3|18–27 分钟,30 分。 (a)NMOS 源接地,\(V_{TH}=1\ \mathrm V,V_G=3\ \mathrm V\),分别在 \(V_D=4\ \mathrm V\) 与 \(1\ \mathrm V\) 时判区并写不等式(12 分);(b)另取一个独立的长沟道 NMOS 饱和 Q 点,体接源、忽略沟长调制,给 \(I_D=1\ \mathrm{mA},V_{OV}=0.2\ \mathrm V\),不沿用(a)的端压,求 \(g_m\) 并画模型(10 分);(c)将(b)的 NMOS 与同电流、\(V_T=25\ \mathrm{mV}\) 的 BJT 比较跨导,并各说一个输入端边界(8 分)。

本关卡总分严格为:核心题单 90 + 下方口述 4 + 电路 4 + 改变条件 2 = 100。

D14-O|口述题(4 分钟,计入关卡): 90 秒解释“为什么所有晶体管小信号分析都必须先完成 DC 偏置分析”。满分 4 分。

D14-Q|电路题(4 分钟,计入关卡): 分别给一个 \(I_C=1\ \mathrm{mA},\beta=100,V_T=25\ \mathrm{mV}\) 的 BJT 和一个 \(I_D=1\ \mathrm{mA},V_{OV}=0.2\ \mathrm V\) 的 NMOS,求两者 \(g_m\),画受控源方向并说明输入端差别。满分 4 分。

D14-V|改变一个条件题(2 分钟,计入关卡): 只降低两电路的集/漏极电源,哪些小信号公式本身没变,哪些工作区前提可能先失效?满分 2 分。

交卷后展开:标准答案与评分点(交卷前禁止打开)

D14-G1|核心题 1(30 分): (a)\(v_i\lt 0.7\ \mathrm V\) 时二极管截止、\(v_o=v_i\);\(v_i\ge0.7\ \mathrm V\) 时导通(等号为零电流 ON 边界)、\(v_o\approx0.7\ \mathrm V\)。状态、分段式、标出阈值的一周期波形各 5 分。(b)三组依次为截止、正向放大、饱和;分别对应 BE 不正偏/BC 反偏,BE 正偏/BC 反偏,BE 与 BC 均正偏。每组区域 2、两结依据 3 分。

D14-G2|核心题 2(30 分): \(I_B=(10-0.7)/930\mathrm{k}=10\ \mu\mathrm A\),\(I_C=1\ \mathrm{mA}\),\(V_{CE}=10-I_C R_C=8\ \mathrm V\),与正向放大区自洽。三值各 4、判区 6 分。\(g_m=I_C/V_T=40\ \mathrm{mS}\),\(r_\pi=\beta/g_m=2.5\ \mathrm{k\Omega}\),\(r_e\approx1/g_m=25\ \Omega\);受控电流从集电极指向发射极。三值共 6、单位 3、方向 3 分。

D14-G3|核心题 3(30 分): (a)\(V_{OV}=2\ \mathrm V\);\(V_D=4\ \mathrm V\) 时 \(V_{DS}\ge V_{OV}\),为 NMOS 饱和区,\(V_D=1\ \mathrm V\) 时 \(0\lt V_{DS}\lt V_{OV}\),为 NMOS 三极管区。两个区域及不等式各 6 分。(b)独立 Q 点采用题给 \(V_{OV}=0.2\ \mathrm V\),MOS \(g_m=2I_D/V_{OV}=10\ \mathrm{mS}\),模型为漏到源的 \(g_mv_{gs}\),结果/模型各 5 分。(c)同电流 BJT 为 \(I_C/V_T=40\ \mathrm{mS}\);MOS 栅 DC 电流近零但有电容,BJT 基极需电流且输入电阻有限。数值比较 4、两端口边界各 2 分。

口述(4 分): Q 点、局部导数/参数、工作区前提、输入幅度边界各 1 分。

电路(4 分): BJT \(g_m=40\ \mathrm{mS}\)、MOS \(g_m=10\ \mathrm{mS}\) 各 1 分;受控源方向 1 分;BJT 基极有限输入、MOS 栅 DC 近开路的差别 1 分。

改变条件(2 分): \(g_m\) 参数式不会仅因电源降低而自动改变 1 分;但 Q 点可能进入 BJT 饱和或 MOS 三极管区,必须重验区域 1 分。

评分与补救(5 分钟): 80–100 分进入放大器;60–79 分按“判区→Q 点→参数→模型”顺序修复首个断点;低于 60 分把 Day 15 改为器件补课,不允许直接背增益式。波形未标阈值、区域未验不等式、参数无单位,各对应题最高得一半分。

复习登记(3 分钟): D+1(Day 15)重做最低分区域判断;D+3(Day 17)换一组偏置求 Q 点和 \(g_m\);D+7(Day 21)在第三关卡先口述器件模型选择链。

第二周关卡出口

合格证据是:拿到端电压能判区,拿到偏置电路能求 Q 点,拿到 Q 点能画小信号模型。若某一步依赖背诵而说不出不等式或 KCL/KVL,把它记为下一周每天前 5 分钟的首项。