模电第四章答案.docx

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模电第四章答案

第四章习题解答

4-1如题4-1图所示MOSFET转移特性曲线，说明各属于何种沟道？

若是增强型，开启电压等于多少？

若是耗尽型，夹断电压等于多少？

答：

（a）P-EMOSFET，开启电压

（b）P-DMOSFET，夹断电压（或统称为开启电压

（c）P-EMOSFET，开启电压

（d）N-DMOSFET，夹断电压（或也称为开启电压

4-24个FET的转移特性分别如题4-2图（a）、（b）、（c）、（d）所示。

设漏极电流iD的实际方向为正，试问它们各属于哪些类型的FET？

分别指出iD的实际方向是流进还是流出？

答：

（a）P-JFET，的实际方向为从漏极流出。

（b）N-DMOSFET，的实际方向为从漏极流进。

（c）P-DMOSFET，的实际方向为从漏极流出。

（d）N-EMOSFET，的实际方向为从漏极流进。

4-3已知N沟道EMOSFET的μnCox=100μA/V2，VGS（th）=0.8V，W/L=10，求下列情况下的漏极电流：

（a）VGS=5V，VDS=1V；（b）VGS=2V，VDS=1.2V；

（c）VGS=5V，VDS=0.2V；（d）VGS=VDS=5V。

解：

已知N-EMOSFET的

（a）当时，MOSFET处于非饱和状态

（b）当时，，MOSFET处于临界饱和

（c）当时，，MOSFET处于非饱和状态

（d）当时，，MOSFET处于饱和状态

4-4N沟道EMOSFET的VGS（th）=1V，μnCox（W/L）=0.05mA/V2，VGS=3V。

求VDS分别为1V和4V时的ID。

解：

（1）当时，由于

即，N-EMOSFET工作于非饱和区

（2）当时，由于，N-EMOSFET工作于饱和区

4-5EMOSFET的VA=50V，求EMOSFET工作在1mA和10mA时的输出电阻为多少？

每种情况下，当VDS变化10%（即ΔVDS/VDS=10%）时，漏极电流变化（ΔID/ID）为多少？

解：

（1）当，时

当，时

（2）当变化10%时，即

由于

（对二种情况都一样）

或者：

由于

4-6一个增强型PMOSFET的μpCox（W/L）=80μA/V2，VGS（th）=－1.5V，λ=－0.02V-1，栅极接地，源极接+5V，求下列情况下的漏极电流。

（a）VD=+4V；（b）VD=+1.5V；（c）VD=0V；（d）VD=－5V；

解：

根据题意，P-EMOSFET导通

（a）当时，由于此时

P-EMOSFET处于非饱和状态

（b）当时，此时

P-EMOSFET处于临界饱和状态

（c）当时，，

即，P-EMOSFET处于饱和状态

（d）当时，，

即，P-EMOSFET处于饱和状态

4-7已知耗尽型NMOSFET的μnCox（W/L）=2mA/V2，VGS（th）=－3V，其栅极和源极接地，求它的工作区域和漏极电流（忽略沟道长度调制效应）。

（a）VD=0.1V；（b）VD=1V；（c）VD=3V；（d）VD=5V；

解：

根据题意，则，

（a）当时，＜

N-DMOSFET工作于非饱和区（或三极管区）

（b）当时，＜

N-DMOSFET工作于非饱和区

（c）当时，

N-DMOSFET工作于临界饱和状态，由于忽略沟道长度调制效应，则

（d）当时，＞

N-DMOSFET工作于饱和区，由于忽略沟道长度调制效应，则

4-8设计题4-8图所示电路，使漏极电流ID=1mA，VD=0V，MOSFET的VGS（th）=2V，μnCox=20μA/V2，W/L=40。

解：

由于

则

又由于＞，MOSFET处于饱和工作区

且，

则

代入数据得：

得

因为＜不符合题意，舍去

又则

得

4-9题4-9图所示电路，已知μnCox（W/L）=200μA/V2，ＶGS（th）=2V，ＶA＝20V。

求漏极电压。

解：

已知，，

（a）由于＞，MOSFET导通，假设MOSFET工作于饱和区，则

由于，说明MOSFET确实工作在饱和区，假设成立。

（b）由于，MOSFET导通，假设MOSFET工作于饱和区。

则

即

由于＞，说明MOSFET确实工作在饱和区，假设成立。

（c）由于，MOSFET导通。

假设MOSFET工作于饱和区。

则

即

由于，说明MOSFEE确实工作在饱和区，假设成立。

4-10在题4-10图所示电路中，假设两管μn，Cox相同，VGS（th）=0.75V，ID2=1mA，若忽略沟道长度调制效应，并设T1管的沟道宽长比（W/l）是T2管的5倍。

试问流过电阻R的电流IR值。

解：

根据题意，T1、T2两管的、Cox相同，，忽略沟道长度调制效应，

由于工作于饱和区，设T2也工作于饱和区，则

则

4-11在题4-11图所示电路中，已知P沟道增强型MOSFET的，VGS（th）=－1V，并忽略沟道长度调制效应。

（1）试证：

对于任意RS值，场效应管都工作在饱和区。

（2）当RS为12.5kΩ时，试求电压VO值。

解：

已知P-EMOSFET的

忽略沟道长度调制效应

（1）证：

由于

＜在任意RS值时均成立

因此，对于任意Rs值，P-EMOSFET均工作在饱和区。

（2）当时，

4-12已知N沟道增强型MOSFET的μn=1000cm2/V·s，Cox=3×10-8F/cm2，W/L=1/1.47，|VA|=200V，VDS=10V，工作在饱和区，试求：

（1）漏极电流IDQ分别为1mA、10mA时相应的跨导gm，输出电阻rds。

（2）当VDS增加10%时，IDQ相应为何值。

（3）画出小信号电路模型。

解：

根据题意

，，N-EMOSFET工作在饱和区

（1）当漏极电流为时

跨导

输出电阻

当漏极电流为时

跨导

输出电阻

（2）当增加10%时

由于

则

如果原来为1mA，增加10%时，

如果原来为，增加10%时，

（3）小信号电路模型为

4-13在题4-13图所示电路中，已知增强型MOSFET的μpCoxW/（2L）=80μA/V2，VGS（th）=－1.5V，沟道长度调制效应忽略不计，试求IDQ、VGSQ、VDSQ、gm、rds值。

解：

已知P-EMOSFET的

忽略沟道长度调制效应，则

则

解方程得：

由于时不符合题意，舍去。

4-14双电源供电的N沟道增强型MOSFET电路如题4-14图所示，已知VGS（th）=2V，μnCox=200μA/V2，W=40μm，L=10μm。

设λ=0,要求ID=0.4mA，VD=1V，试确定RD、RS值。

解：

由于，，，，

则

又由于＞，MOSFET处于饱和工作区

且，，

则

代入数据得：

因为＜不符合题意，舍去

又，则

得

4-15一N沟道EMOSFET组成的电路如题4-15图所示，要求场效应管工作于饱和区，ID=1mA，VDSQ=6V，已知管子参数为μnCoxW/（2L）=0.25mA/V2，VGS（th）=2V，设λ=0，试设计该电路。

解：

根据题意，N-EMOSFET工作于饱和区，，

则

代入数据：

由于＜不符合题意，舍去

又由于，

则

在本题中取标称电阻值，，

则

可取，

4-16设计题4-16图所示电路，要求P沟道EMOS管工作在饱和区，且ID=0.5mA，VD=3V，已知μpCoxW/（2L）=0.5mA/V2，VGS（th）=－1V，λ=0。

解：

根据题意，P-EMOSFET工作于饱和区（＜0，＜0），，，，，

则

代入数据得：

由于不符合题意，舍去

由于要求P-EMOSFET工作于饱和区，即要求

即

在本题中取，则由于

又由于，则

4-17基本镜像电流源电路如题4-17图所示，对于以下情况，求出电流比I0/IREF：

（a）L1=L2，W2=3W1；（b）L1=L2，W2=10W1；

（c）L1=L2，W2=W1/2；（d）W1=W2，L1=2L2；

（e）W1=W2，L1=10L2；（f）W1=W2，L1=L2//2；

（g）W2=3W1，L1=3L2。

解：

根据基本镜像电流源的关系式（式3-3-4）

（a）

（b）

（c）

（d）

（e）

（f）

（g）

4-18题4-18图所示为P沟道JFET构成的电流源电路，设 IDSS=4mA，

VGS（off）=3V，要求ID=2mA，试确定RS的值。

解：

根据题意，P-JFET的，，要求，则根据P-JFET在饱和工作时的特性

代入数据得：

解方程得：

，

由于＞，不符合题意，舍去

又由于

4-19一个N沟道EMOSFET的μnCox=20μA/V2，VGS（th）=1V，L=10μm，在ID=0.5mA时的gm=1mA/V，求这时的W值和VGS值。

解：

根据题意，N-EMOSFET的，，，在时的

（1）根据式（3-1-11）得：

得：

（2）根据得

由于＜不合题意，舍去

4-20题4-20图所示共源放大电路，RG1=300kΩ，RG2=100kΩ，RG3=1MΩ，RD=2kΩ，RS1=1kΩ，RS2=1kΩ，IDSS=5mA，VGS（off）=－4V，VDD=12V。

求直流工作点VGSQ、VDSQ和IDQ，中频段电压放大倍数Av，输入电阻Ri和输出电阻Ro。

解：

根据题意，，，，，，，，，

则

（ID的单位用mA）

假设N-JFET工作于饱和区，则

解方程得：

，

由于＞不符合题意，舍去

小信号模型参数为

可画出电路的交流小信号等效电路为：

4-21如题4-21图所示电路，写出电压增益Av和Ri、Ro的表达式。

解：

根据原理电路可画出电路的交流小信号等效电路如下：

图中作为N-JFET的输出端负载电阻，

，，

又

则

其中

4-22在题4-22图所示电路中，N沟道EMOSFET的VGS（th）=0.9V，VA=50V，工作点为VD=2V，求电压增益VO/Vi为多少？

当I增加到1mA时的VD和电压增益为多少？

解：

（1）根据题意，，，

电路交流小信号等效电路如下（很大，电路中忽略）

（2）当I增加到1mA时，漏极电流记作，栅源电压记作，则

，

则

此时的

电压增益

4-23设计题4-23图所示电路。

已知EMOSFET的VGS（th）=2V，μnCox（W/L）=2mA/V2，VDD=VSS=10V。

要求在漏极得到2VP-P的电压，设计直流偏置电流为1mA时电路达到最大的电压增益（即最大的RD）。

假定MOSFET的源极信号电压为零。

解：

根据题意，假定MOSFET的源极信号电压为零，则要求

达到可能的最大值。

（1）先求。

根据得

，即

求得，

由于＜不合题意，舍去。

则

（2）再求，要求在漏极得到的信号电压，即信号的幅值为1V。

由于正常工作时，要求MOSFET处于饱和状态，则

又由于

则

为了使电压增盖达到最大，则可取最大值