模拟电子电路基础答案胡飞跃第四章答案.docx
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模拟电子电路基础答案胡飞跃第四章答案
模拟电子电路基础答案(胡飞跃)第四章答案
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(VDS>0V,VGS>VT),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,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。
当一定,而持续增大时,则相应的减小,近漏极端的沟道深度进一步减小,直至,沟道预夹断,进入饱和区。
电流不再随的变化而变化,而是一个恒定值。
4.2考虑一个N沟道MOSFET,其= 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,,该场效应管工作在变阻区。
=1.75mA
(2)根据条件,,该场效应管工作在饱和区。
=0.25mA
(3)根据条件,该场效应管工作在截止区,
(4)根据条件,,该场效应管工作在饱和区
=4mA
4.3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1kΩ。
为了使rDS = 500Ω,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
当时,代入上式可得
则时,
当晶体管的W为原W的二分之一时,当VGS = 2V时,
当晶体管的W为原W的二分之一时,当VGS = 3V时,
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)
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R2>>R1,试确定该场效应管为N沟道还是P沟道。
解:
时,低阻抗,时,高阻抗,即时导通,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=100μA/V2。
假定λ = 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
则有
,可得该电路两管工作在饱和区。
则有:
(2)解:
因为(W/L)1 = 1.5(W/L)2 = 20,,同时
可求得:
则有,
,可得该电路两管工作在饱和区。
则有:
4.8场效应管放大器如图题4.3所示。
(W/L)=0.5mA/V2,
(1)计算静态工作点Q;
(2)求Av、Avs、Ri和Ro。
图题4.3
解:
(1),
考虑到放大器应用中,场效应管应工作在饱和区,则有:
代入上式可得:
解得,,当时场效应管截止。
因此,,,,
(2),忽略厄尔利效应
4.9图题4.4所示电路中FET的,静态时IDQ = 0.64mA,(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)
(2),忽略厄尔利效应
(3)=1.2
4.10共源放大电路如图题4.5所示,已知MOSFET的μnCoxW/2L = 0.25mA/V2,,,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。
图题4.5
解:
(1),
考虑到放大器应用中,场效应管应工作在饱和区,则有:
代入上式可得:
解得,,当时场效应管截止。
因此,,,,
(2),忽略厄尔利效应
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。
图题4.6
解:
(1)
假设该JFET工作在饱和区,则有
(2),,
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。
图题4.7
,
则=-1.48V,则
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,(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4.8
解:
等效电路如图所示
则
因,其上的交流电流可以忽略,则
为了计算输入电阻,先考虑输入电流(此处也可用密勒定理),
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,即
4.14考虑图题4.9所示的FET放大器,其中,Vt = 2V,(W/L)=1mA/V2,VGS = 4V,VDD =10V,以及RD=3.6kΩ。
(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λ = 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)
则
(2)
(3)
(4)
4.15图题4.10所示为分压式偏置电路,该晶体管有Vt = 1V,(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
,
,则
(2),
(3)
(4)
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,。
已知μpCoxW/(2L) = 0.5mA/V2,Vt = −1V,设λ = 0。
图题4.11
解:
4.17在图题4.12电路中,NMOS晶体管有|Vt| = 0.9V,VA = 50A,(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50kΩ,求、。
图题4.12
解:
由电路结构可知,该场效应管工作在饱和模式
因,其上的交流电流可以忽略,则
为了计算输入电阻,先考虑输入电流(此处也可用密勒定理),
4.18对于图题4.13所示的共栅极电路,:
(1)确定Av和Gv;
(2)RL变为2.2kΩ,计算Av和Avs,并说明RL的变化对电压增益有何影响;
(3)Rsig变为0.5kΩ(RL为4.7kΩ),计算Av和Avs,说明Rsig的变化对电压增益有何影响。
图题4.13.
解:
(1)等效电路如下图所示
=3.88
(2)RL变为2.2kΩ时,=1.52
若RL减小,则Av和Avs均减小,反之亦然。
(3)Rsig变为0.5kΩ(RL为4.7kΩ)时,
若Rsig变减小,则Av不变,Avs增加。
反之亦然。
4.19计算图题4.14所示的级联放大器的直流偏置、输入电阻、输出电阻及输出电压。
如果输出端负载为10kΩ,计算其负载电压。
已知结型场效应管,输入信号电压有效值为10mV。
图题4.14
解:
(1)两级放大器具有相同的直流偏置。
,
考虑到放大器应用中,场效应管应工作在饱和区,则有:
代入上式可得:
解得,,
(2),
由于第二级没有负载,则
对于第一级放大器,,可得到相同的增益
则级联放大器的增益为
输出电压为
负载10kΩ两端的输出电压为
4.20图题4.15所示电路中的MOSFET有Vt = 1V,(W/L)= 0.8mA/V2,VA = 40V,,,。
图题4.15
(1)求静态工作点IDQ、VGSQ;
(2)求偏置点的gm和ro值;
(3)如果节点Z接地,节点X接到内阻为500kΩ的信号源,节点Y接到40kΩ的负载电阻,求从信号源到负载的电压增益、Ri、Ro。
(4)如果节点Y接地,求Z开路时从X到Z的电压增益。
该源极跟随器的输出电阻为多少?
解:
(1)该电路工作在饱和区,则有
,
,则
(2),
(3)为共源电路,交流小信号等效电路如下:
(5)为共漏放大器,等效电路如下