模擬電子電路基礎(chǔ)答案(胡飛躍)第四章答案

4.1簡述耗盡型和增強(qiáng)型 MOS場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的區(qū)別；對(duì)于適當(dāng)?shù)碾妷浩谩?Vds>OV,Vgs>Vt〕，畫岀P溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管，簡要說明溝道、電流方向和產(chǎn)生的耗盡區(qū)，并簡述工作原理。解：耗盡型場效應(yīng)管在制造過程中預(yù)先在襯底的頂部形成了一個(gè)溝道， 連通了源區(qū)和漏區(qū)，也就是說，耗盡型場效應(yīng)管不用外加電壓產(chǎn)生溝道。而增強(qiáng)型場效應(yīng)管需要外加電壓 Vgs產(chǎn)生溝道。N型討斥襯底恤旳<N型討斥襯底恤旳<aiVgs=5V且Vds=1V;Vgs=Vgs=5V且Vds=1V;Vgs=2V且Vds=；Vgs=且Vds=；Vgs=Vds=5V。根據(jù)條件Vgs?Vt，iD k晉根據(jù)條件VgsVtVdsVgs，該場效應(yīng)管工作在變阻區(qū)。Vds1vDsiDJkn根據(jù)條件根據(jù)條件iD 2knVgs：："Vt，WVgsVtVgsVt，該場效應(yīng)管工作在截止區(qū)， iD0Vgs，Vds VgsV，該場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)WVgsVt=4mAVds2VgsVt，該場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)。隨著VSG逐漸增大，柵極下面的襯底外表會(huì)積聚越來越多的空穴，當(dāng)空穴數(shù)量到達(dá)一定時(shí)，柵極下面的襯底外表空穴濃度會(huì)超過電子濃度，從而形成了一個(gè)“新的 P型區(qū)〞，它連接源區(qū)和漏區(qū)。如果此時(shí)在源極和漏極之間加上一個(gè)負(fù)電壓 VDS，那么空穴就會(huì)沿著新的 P型區(qū)定向地從源區(qū)向漏區(qū)移動(dòng)，從而形成電流，把該電流稱為漏極電流，記為 iD。當(dāng)vSG一定，而vSD持續(xù)增大時(shí)，那么相應(yīng)的Vdg減小，近漏極端的溝道深度進(jìn)一步減小，直至 VdgVt，溝道預(yù)夾斷，進(jìn)入飽和區(qū)。電流iD不再隨Vsd的變化而變化，而是一個(gè)恒定值。kn=50卩A/\7，Vkn=50卩A/\7，Vt=1V，以及W/L=10。求以下情況下〔1〕〔2〕〔3〕〔4〕4.3由實(shí)驗(yàn)測得兩種場效應(yīng)管具有如圖題所示的輸岀特性曲線，試判斷它們的類型，并確定夾斷電壓或開啟電壓值。o 5f10 V)5 | b-II(S(V)tbJ圖題時(shí)，求得電阻rDS為1k。為了使rDS=500，求其相應(yīng)的電阻值。.WId kn—Vgs時(shí)，求得電阻rDS為1k。為了使rDS=500，求其相應(yīng)的電阻值。.WId kn—Vgs VtVdsrDS VdsiD1k那么Gs1k當(dāng)晶體管的當(dāng)晶體管的1kn辛VgsVt時(shí)，代入上式可得kn^L1mAV21mAw1^2VgsvW為原W的二分之一時(shí)，W為原W的二分之一時(shí)，時(shí)，0.5kVtVgsVt 2VVgs 3Vgs=2VVgs=3V時(shí)，Gs

時(shí)，rDS2k1k圖〔a〕P溝道耗盡型圖〔b〕P溝道增強(qiáng)型4.4一個(gè)NMOS晶體管有Vt=1V。當(dāng)Vgs=2V那么Vgs為多少？當(dāng)晶體管的W為原W的二分之一時(shí),解：由題目可知，該晶體管工作在變阻區(qū)，那么有4.5 〔1〕畫岀P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的根本結(jié)構(gòu)。Vgs=0V時(shí)的耗盡區(qū)，并簡述工作原理?！睼gs=0V時(shí)的耗盡區(qū)，并簡述工作原理。用厘〔6沖那么卜耗盡層p型耗盡層4.6用歐姆表的兩測試棒分別連接 JFET的漏極和源極，測得阻值為 Ri，然后將紅棒〔接負(fù)電壓〕同時(shí)與柵極相連，發(fā)現(xiàn)歐姆表上阻值仍近似為 Ri，再將黑棒〔接正電壓〕同時(shí)與柵極相連，得歐姆表上阻值為 R2，且R2>>Ri，試確定該場效應(yīng)管為 N溝道還是P溝道。解：Vgs0時(shí)，低阻抗，Vgs0時(shí)，高阻抗，即Vgs0時(shí)導(dǎo)通，所以該管為 P溝道JFET4.7在圖題所示電路中，晶體管VTi和VT2有Vt=1V，工藝互導(dǎo)參數(shù)kn=100卩A/V。假定=0，求以下情況下V1、V2和V3的值：〔1〕(W/L)1=(W/L)2=20;解：因?yàn)?W/L)1=(W/L)2=20;電路左右完全對(duì)稱，貝0 ID1ID250A那么有VV25VID120k4V■'Vgd 4VVt，可得該電路兩管工作在飽和區(qū)。那么有：TOC\o"1-5"\h\zW 2Id1knWVgsVt Vgs1.22VLV3Vs 1.22V解：因?yàn)?W/L)1=1.5(W/L)2=20,b1.5，同時(shí)咕ID2100AID2

可求得：ID160A,Id240A那么有V5VID120k 3.8V,V2 5VID220k 4.2V■■'Vgdi 3.8VVt，-,'Vgd2 4.2VVt可得該電路兩管工作在飽和區(qū)。那么有:1W 2Idi1knWVgsVt VGs1.245VL1V3Vs 1.245V4.8場效應(yīng)管放大器如圖題所示。 kn(W/L2,乂2V〔1〕計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)Q；〔2〕求Av、Avs、Ri和Ro。解：考慮到放大器應(yīng)用中,11IIVs圖題Vgs Vs18場效應(yīng)管應(yīng)工作在飽和區(qū)，那么有:〔解：考慮到放大器應(yīng)用中,11IIVs圖題Vgs Vs18場效應(yīng)管應(yīng)工作在飽和區(qū)，那么有:〔1〕VG0182Id代入上式可得：iD17Id640解得1D111.35mA,ID25.65mA，當(dāng)ID111.35mA時(shí)場效應(yīng)管截止因此， 1D 1D25.65mA ，VGS1811.36.7V ， VD6.7(6.7) 13.4V⑵gm2Id11.32.4ms，忽略厄爾利效應(yīng)Vov 4.7AgmRd//Rl 4.36RviiRg100kA/sRRa3.96RRsigRoRd2k4.9圖題所示電路中FET的Vt1V，靜態(tài)時(shí)IDQ=，kn(W/L2求：21825.65VDSVgsMId2k晉〔1〕源極電阻R應(yīng)選多大？〔2〕電壓放大倍數(shù)Av、輸入電阻Ri、輸岀電阻Ro；〔3丨假設(shè)C3虛焊開路，那么Av、Ri、Ro為多少？6.7V〔1〕Vg18100 6V2001001W21Dk2nTVgs Vt Vgs2.6VVsVgVGS2.4VVsR3.75k1DQ⑵gm2IdVov0.8ms，忽略厄爾利效應(yīng)AvgmRD//R 4.8ViRviiRg(100k 1200k)10MRoRd10k〔3〕Av土gmRD//RLV1gmR解:圖題圖題R也Rg(100k 1200k) 10M■iRoRd10k4.10共源放大電路如圖題所示， MOSFET的閃CoxW/2L=2,Vt2V,r。80k，各電容對(duì)信號(hào)可視為短路，試求：〔1〕靜態(tài)Idq、Vgsq和Vdsq；〔2〕Av、R和Roo302Id解:〔1〕-'Vg0, Vgs Vs30Id302Id考慮到放大器應(yīng)用中，場效應(yīng)管應(yīng)工作在飽和區(qū)，那么有:Id2人￥VgsV代入上式可得：lD29Id1960解得ID1因此，Vds8.5(gm18.25mA，Id210.75mA，當(dāng)咕18.25mA時(shí)場效應(yīng)管截止IDID210.75mA ，VGS30 2*10.758.5) 17V2Ido8.5V, VD 30210.758.5VRo4.11〔1〕〔2〕3V■="rrViiiRdVOV1133.3ms，忽略厄爾利效應(yīng)4.7Rd//Rlgm—1gmRRg1M2k0.87對(duì)于圖題所示的固定偏置電路:用數(shù)學(xué)方法確定Idq和Vgsq；求Vs、Vd、Vg的值。uv一〞外Vt45V圖題解：〔1〕Vgs 3V假設(shè)該JFET工作在飽和區(qū)，那么有 IdIdss2VgsvTId1.1mA⑵Vs0V，Vd162.2I°對(duì)于圖題所示的分壓偏置電路,Id；Vs和Vds；Vg和Vgs。iW14.12〔1〕〔2〕〔3〕13.58V,Vd=9V，求:VG 3V1丨問Vg20那么VgsVDS圖題110110910IDSS12.16V,VGs VgVS 2.161.1IDVGSVVgVs 2.161.11°VDVS (202.2ID)3.643.31mA或8.01mA(舍去)=-1.48V,那么Vs1.1Id3.64V9.07V4.13如圖題所示，求該放大器電路的小信號(hào)電壓增益、輸入電阻和最大允許輸入信號(hào)。該晶體管有Vt=，kn(W/L2,Va=50A。假定耦合電容足夠大使得在所關(guān)注的信號(hào)頻率上相當(dāng)于短路。VsigRi解：等效電路如下列圖VVsigRi解：等效電路如下列圖VGSVdsVd15101Id2knVVVgsVt2Id1.06mA或1.72mA〔舍去〕那么VgsVd4.4Vgm 0.725msVOV因Rg10M ，其上的交流電流可以忽略，那么voAv- gm“//R^/Rl 3.3Vi為了計(jì)算輸入電阻，先考慮輸入電流〔此處也可用密勒定理〕V RgR丄G2.33Mii 4.3最大允許輸入信號(hào)需根據(jù)場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)條件來確定，即VDSVGSM，即VDS(min) VGS(max)VtVdsAvVjVgsVVt V0.34V4.14考慮圖題所示的FET放大器，其中，Vt=2V，kn(W/L)=1mA/V2,Vgs=4V,Vdd=10V，以及Rd。〔1〕求直流分量Id和Vd；〔2〕計(jì)算偏置點(diǎn)處的gm值；〔3〕計(jì)算電壓增益值A(chǔ)v；〔4〕如果該MOSFET有=-1，求偏置點(diǎn)處的ro以及計(jì)算源電壓增益Avs。

〔2〕gm2Idvov2ms〔3〕AVogm&7.2Vi〔4〕ro150k1DRAvsAvgmRd//roRRsig那么VVddIdRd 2.8V7.2圖題解：〔1〕Id2圖題解：〔1〕Id2kn￥VgSV「 Id2mA4.15圖題所示為分壓式偏置電路，該晶體管有Vt=1V，kn(W/L)=2mA/V2。10MO10MO〔1〕求Id、Vgs；〔2丨如果Va=100V，求gm和ro;〔3〕假設(shè)對(duì)于信號(hào)頻率所有的電容相當(dāng)于短路，畫出該放大器完整的小信號(hào)等效電路;〔4丨求Ri、Ro、Vo/Vgs以及Vo/Vsig。CVS4 r—嘰?0也IH圖題解：〔1〕假設(shè)該電路工作在飽和區(qū)，那么有Vg15 55V，VGSVgVs 53Id105Id'kn2n￥VGSV\ 1D 1mA，那么Vgs Vg VS53Id2V⑵gm2IdVOV2ms，roVA100k1D10k7.5k〔4〕RViiRgi//艮2Rg3.33MRoItvsigRl0ooro//RD100k//7.5k7kAvVoViV。Vgsgmr0//RD//Rl8.2GVV。VsigRRl Rsig 代Rggmro//RD//RlrG^sig2.034.16設(shè)計(jì)圖題所示Vds=-,VG2V。5V)P溝道EMOSFET電路中的Rs、RD。要求器件工作在飽和區(qū)， 且dCoxW/(2L)=2,Vt=-lV，設(shè)=0。id=,vdd(解：IDRdRs.Wkn VgsVtLVgVgs 4VVdsVsIDVs 小2k2Vgs 2Vvdi7VddID5k4.17在圖題電路中， NMOS晶體管有|Vt|=,Va=50A,k.(W/L2并且工作在Vd=2V。電壓增益vo/v為多少？假設(shè)電流源內(nèi)阻為 50k，求&、Ro。Vsig解：由電路結(jié)構(gòu)可知，該場效應(yīng)管工作在飽和模式\G=V)Vsig解：由電路結(jié)構(gòu)可知，該場效應(yīng)管工作在飽和模式\G=V)=2V,Id=I=500A21d2*500AgmVa0.91mA/V,r。丄100kVov 20.9 Id因Rg10m ，其上的交流電流可以忽略，那么幾v gmro//RL 8.27尺生 r°〃50k//Rg33kitVsig0Rl*為了計(jì)算輸入電阻，先考慮輸入電流〔此處也可用密勒定理〕iiv。iiv。VRg Rg V4.18ii為1.08m對(duì)于圖題所示的共柵極電路,gm2mA/V:〔1〕確定Av和Gv；〔2〕Rl變?yōu)?，?jì)算Av和Avs，并說明Rl的變化對(duì)電壓增益有何影響；〔3〕Rsig變?yōu)?〔Rl為〕，計(jì)算Av和Avs，說明Rsig的變化對(duì)電壓增益有何影響。Rig1k?圖題4.13.解：〔1〕等效電路如以下列圖所示AvGv18V1.2k?-18V5.6F-|l—3.3k?5.6F II—4.7k?-VoR、VovViiRig1k?圖題4.13.解：〔1〕等效電路如以下列圖所示AvGv18V1.2k?-18V5.6F-|l—3.3k?5.6F II—4.7k?-VoR、VovViiigmvgsRD//RVgsgmRd//R.—//Rs0.35kgmRAR Rsig冊3?881v_ gmvgs Rd〃Rlv vgsgmRd//R.⑵Rl變?yōu)闀r(shí)，Av0.350.3513.880.39假設(shè)Rl減小，那么Av和Avs均減小,反之亦然?！?〕Rsig變?yōu)椤睷l為〕時(shí)，gmvgs R)//RlAvgmRd//R. 3.88vvgsR-^Av討先空8假設(shè)Rsig變減小，那么Av不變，Avs增加。反之亦然

4.19計(jì)算圖題所示的級(jí)聯(lián)放大器的直流偏置、輸入電阻、輸岀電阻及輸岀電壓。如果輸岀

端負(fù)載為10k，計(jì)算其負(fù)載電壓。結(jié)型場效應(yīng)管 Idss10mA,Vt 4V，輸入信號(hào)電壓有效值為10mV。Vi解：〔1〕兩級(jí)放大器具有相同的直流偏置。1Vi解：〔1〕兩級(jí)放大器具有相同的直流偏置。1DRS0.68ID考慮到放大器應(yīng)用中，場效應(yīng)管應(yīng)工作在飽和區(qū)，那么有:2VgsIdIDSS1 ■3.31mA或8.01mA〔舍去〕代入上式可得：20.289Id4.4Id100解得1D2.8mA，VGS 0.682.81.9V，2Id⑵gmVVOV黔2.6ms，由于第二級(jí)沒有負(fù)載，那么Av2 gmRD6.24對(duì)于第一級(jí)放大器， 2.4k