模拟电子电路第4章答案

4.1简述耗尽型和增强型MOS场效应管结构的区别；对于适当的电压偏置（VDS0V，VGSVT），画出P沟道增强型MOS场效应管，简要说明沟道、电流方向和产生的耗尽区，并简述工作原理。解：耗尽型场效应管在制造过程中预先在衬底的顶部形成了一个沟道，连通了源区和漏区，也就是说，耗尽型场效应管不用外加电压产生沟道。而增强型场效应管需要外加电压VGS产生沟道。随着VSG逐渐增大，栅极下面的衬底表面会积聚越来越多的空穴，当空穴数量达到一定时，栅极下面的衬底表面空穴浓度会超过电子浓度，从而形成了一个“新的P型区”，它连接源区和漏区。如果此时在源极和漏极之间加上一个负电压DSV，那么空穴就会沿着新的P型区定向地从源区向漏区移动，从而形成电流，把该电流称为漏极电流，记为Di。当SGv一定，而SDv持续增大时，则相应的DGv减小，近漏极端的沟道深度进一步减小，直至DGtvV，沟道预夹断，进入饱和区。电流Di不再随SDv的变化而变化，而是一个恒定值。4.2考虑一个N沟道MOSFET，其nk=50μA/V2，Vt=1V，以及W/L=10。求下列情况下的漏极电流：（1）VGS=5V且VDS=1V；（2）VGS=2V且VDS=1.2V；（3）VGS=0.5V且VDS=0.2V；（4）VGS=VDS=5V。(1)根据条件GStvV…，DSGStvvV，该场效应管工作在变阻区。2DnGStDSDS12WikvVvvL=1.75mA(2)根据条件GStvV…，DSGStvvV，该场效应管工作在饱和区。2DnGSt12WikvVL=0.25mA(3)根据条件GStvV，该场效应管工作在截止区，D0i(4)根据条件GStvV…，DSGStvvV，该场效应管工作在饱和区2DnGSt12WikvVL=4mA4.3由实验测得两种场效应管具有如图题4.1所示的输出特性曲线，试判断它们的类型，并确定夹断电压或开启电压值。图题4.1图（a）P沟道耗尽型图(b)P沟道增强型4.4一个NMOS晶体管有Vt=1V。当VGS=2V时，求得电阻rDS为1k。为了使rDS=500，则VGS为多少？当晶体管的W为原W的二分之一时，求其相应的电阻值。解：由题目可知，该晶体管工作在变阻区，则有DnGStDSWikvVvLnGSt1DSDSDvriWkvVL当1DSrk时，代入上式可得2n1WkmAVL则1DSrk时，GStGSGSt210.5231kvVVvVmAvVV当晶体管的W为原W的二分之一时，当VGS=2V时，2DSrk当晶体管的W为原W的二分之一时，当VGS=3V时，1DSrk4.5（1）画出P沟道结型场效应管的基本结构。（2）漏极和源极之间加上适当的偏置，画出VGS=0V时的耗尽区，并简述工作原理。解：（1）(2)p型GDSNN耗尽层4.6用欧姆表的两测试棒分别连接JFET的漏极和源极，测得阻值为R1，然后将红棒（接负电压）同时与栅极相连，发现欧姆表上阻值仍近似为R1，再将黑棒（接正电压）同时与栅极相连，得欧姆表上阻值为R2，且R2R1，试确定该场效应管为N沟道还是P沟道。解：GS0v时，低阻抗，GS0v时，高阻抗，即GS0v时导通，所以该管为P沟道JFET。4.7在图题4.2所示电路中，晶体管VT1和VT2有Vt=1V，工艺互导参数nk=100μA/V2。假定=0，求下列情况下V1、V2和V3的值：（1）(W/L)1=(W/L)2=20；（2）(W/L)1=1.5(W/L)2=20。图题4.2（1）解：因为(W/L)1=(W/L)2=20；电路左右完全对称，则D12I50DIA则有1215204DVVVIkV4GDtVVV，可得该电路两管工作在饱和区。则有：2DnGSt11.222GSWIkVVVVL31.22sVVV（2）解：因为(W/L)1=1.5(W/L)2=20，121.5DDII，同时12100DDIIA可求得：1260,40DDIAIA则有115203.8DVVIkV，225204.2DVVIkV13.8GDtVVV，24.2GDtVVV可得该电路两管工作在饱和区。则有：2D1nGSt111.2452GSWIkVVVVL31.245sVVV4.8场效应管放大器如图题4.3所示。nk(W/L)=0.5mA/V2，t2VV（1）计算静态工作点Q；（2）求Av、Avs、Ri和Ro。2图题4.3解：（1）0GV，18182GSSDSDVVIRI考虑到放大器应用中，场效应管应工作在饱和区，则有：2DnGSt12WIkVVL代入上式可得：2DD17640II解得D111.35mAI，D25.65mAI，当D111.35mAI时场效应管截止。因此，DD25.65mAII，GS1811.36.7VV，D1825.656.7VV，DS6.7(6.7)13.4VV(2)DmOV211.32.44.7IgmsV，忽略厄尔利效应ovmDLi//4.36vAgRRviiGi100vRRkiivsvisig3.96RAARRoD2RRk4.9图题4.4所示电路中FET的t1VV，静态时IDQ=0.64mA，nk(W/L)=0.5mA/V2求：（1）源极电阻R应选多大？（2）电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro；（3）若C3虚焊开路，则Av、Ri、Ro为多少？图题4.4解：（1）G100186V200100V2DnGSt12.62GSWIkVVVVL2.4VSGGSVVV3.75SDQVRkI(2)DmOV20.8IgmsV，忽略厄尔利效应ovmDLi//4.8vAgRRviiGi(100200)10vRRkkMioD10RRk（3）mDLovim//1gRRvAvgR=1.2iiGi(100200)10vRRkkMioD10RRk4.10共源放大电路如图题4.5所示，已知MOSFET的μnCoxW/2L=0.25mA/V2，t2VV，o80kr，各电容对信号可视为短路，试求：（1）静态IDQ、VGSQ和VDSQ；（2）Av、Ri和Ro。2Vss(-30V)图题4.5解：（1）0GV，30302GSSDSDVVIRI考虑到放大器应用中，场效应管应工作在饱和区，则有：2DnGSt12WIkVVL代入上式可得：2DD291960II解得D118.25mAI，D210.75mAI，当D118.25mAI时场效应管截止。因此，DD210.75mAII，GS302*10.758.5VV，D30210.758.5VV，DS8.5(8.5)17VV(2)DmOV211.33.34.7IgmsV，忽略厄尔利效应mDLovim//0.871gRRvAvgRiiGi1vRRMioD2RRk4.11对于图题4.6所示的固定偏置电路：（1）用数学方法确定IDQ和VGSQ；（2）求VS、VD、VG的值。Vt图题4.6解：（1）3VGSV假设该JFET工作在饱和区，则有2GSDDSSt11.1DVIIImAV(2)0VSV，162.213.58DDVIV，3VGV4.12对于图题4.7所示的分压偏置电路，VD=9V，求：（1）ID；（2）VS和VDS；（3）VG和VGS。Vt图题4.7G110202.16V110910V，GSGSD2.161.1VVVI2GSDDSSt13.318.01(DVIIImAmAV或舍去）则GSGSD2.161.1VVVI=-1.48V,则D1.13.64SVIVDSS(202.2)3.649.07DDVVVIV4.13如图题4.8所示，求该放大器电路的小信号电压增益、输入电阻和最大允许输入信号。该晶体管有Vt=1.5V，nk(W/L)=0.25mA/V2，VA=50A。假定耦合电容足够大使得在所关注的信号频率上相当于短路。图题4.8iRsigvOviigsvgsmvgLRDRor解：等效电路如图所示GSD1510DSDVVVI2DnGSt11.061.72(2DWIkVVImAmAL或舍去）则GS4.4DVVVDmOV20.725IgmsV因10GRM，其上的交流电流可以忽略，则ovmDLi////3.3ovAgrRRv为了计算输入电阻，先考虑输入电流（此处也可用密勒定理），14.3oiioiiGGiGvvvvviRRvRiii2.334.3GRvRMi最大允许输入信号需根据场效应管工作在饱和区条件来确定，即DSGStvvV，即min)(max)DSGStvvV（0.34DSviGSitiVAvVvVvV4.14考虑图题4.9所示的FET放大器，其中，Vt=2V，nk(W/L)=1mA/V2，VGS=4V，VDD=10V，以及RD=3.6k。（1）求直流分量ID和VD；（2）计算偏置点处的gm值；（3）计算电压增益值Av；（4）如果该MOSFET有=0.01V−1，求偏置点处的ro以及计算源电压增益Avs。图题4.9解：（1）2DnGSt122DWIkVVImAL则2.8DDDDDVVIRV（2）DmOV22IgmsV（3）ovmDi7.2vAgRv（4）oD150rkIivsvisig//7.2mDoRAAgRrRR4.15图题4.10所示为分压式偏置电路，该晶体管有Vt=1V，nk(W/L)=2mA/V2。（1）求ID、VGS；（2）如果VA=100V，求gm和ro；（3）假设对于信号频率所有的电容相当于短路，画出该放大器完整的小信号等效电路；（4）求Ri、Ro、vo/vgs以及vo/vsig。图题4.10解：（1）假设该电路工作在饱和区，则有G5155V105V，GSGSD53VVVI2DnGSt112DWIkVVImAL，则GSGSD532VVVIV(2)DmOV22IgmsV，oD100AVrkI(3)iRsigvOviviioRgsvgsmvg0gi10ksigRor10M5M7.5k（4）iiG1G2Gi//3.33vRRRRMisigLtooD0t//100//7.57vRvRrRkkki∞oovmoDLi////8.2gsvvAgrRRvvGivvmoDLisigGsig////2.03osigvRRGAgrRRvRRRR4.16设计图题4.11所示P沟道EMOSFET电路中的RS、RD。要求器件工作在饱和区，且ID=0.5mA，VDS=−1.5V，G2VV。已知μpCoxW/(2L)=0.5mA/V2，Vt=−1V，设=0。(5)DDVVSRDR2GR1GRov图题4.11解：2DnGSt122GSWIkVVVVLSG4GSVVVV5DSSDDDDVVVRkII2DDSSDVVRkI4.17在图题4.12电路中，NMOS晶体管有|Vt|=0.9V，VA=50A，nk(W/L)=0.25mA/V2并且工作在VD=2V。电压增益vo/vi为多少？假设电流源内阻为50k，求iR、oR。图题4.12解：iRsigvO