模拟电子电路基础答案第四章答案.docx

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模拟电子电路基础答案第四章答案

简述耗尽型和增强型HOS场效应管结构的区别：

对于适当的电压偏置（Es>OV,仏>%）,画出P沟道增强型HOS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：

耗尽熨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入产生沟道。

氧化层

甘底WB）

（a）

随着役逐渐增人，栅极下面的衬底农闻会积聚越来越多的空穴，当空穴数量达到•定时,栅极下闻的衬底农闻空穴浓度会超过电犷浓度,从而形成了•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•个负电压bs，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，记为当咲•定，而l，SD持续增人时，则相应的1&；减小，近漏极端的沟道深度进-步减小，直至沟道预夹断，进入饱和区。

电流咕不再随的变化而变化，而是•个恒定值。

考虑•个N沟道MOSFET,其监二50uA/V\K=IV,以及疗Z=10。

求下列情况下的漏极电流：

（1）Ks=5V且仏二IV：

（2）=2V且仏二：

（3）Vis=JL=:

（4）Ks=^=5Vo

（1）根据条件vGS^V；,vDS<（vGS-V,）,该场效应管工作在变阻区。

ZD=K7；［（VGS_Vt）VDS-|VDS=

（2）根据条件vGS^V；,vIJS>（yGS-Vl）,该场效应管工作在饱和区。

（3）根据条件该场效应管工作在截止区，咕=0

（4）根据条件匕2«，%>（沧一«），该场效应管工作在饱和区B=4；学（心-％）SmA

由实验测得两种场效应管具有如图题所示的输出特性曲线，试判断它们的类型，并确宦夹断电压或开启电压值。

图（a）P沟道耗尽型图（b）P沟道增强型

•个NMOS晶体管有K=IV。

当沧二2V时，求得电阻氏为lk。

为了使ids=500,则吃为多少当晶体管的护为原护的二分之-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Gs=im时，代入上式可得总岁=1机4//

当晶体管的"•为原"•的二分之•时，当沧二2V时，张=2*0当晶体管的"•为原伊的二分之•时，当沧二3V时，仏=g

（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，画出匕=0V时的耗尽区，并简述工作原理。

解：

（1）

⑵

D

用欧姆农的两测试棒分别连接JFET的漏极和源极，测得阻值为&然后将红棒（接负电

压）同时与柵极相连，发现欧姆农上阻值仍近似为氏，再将黑棒（接正电压）同时与柵极相连,得欧姆农上阻值为足，且足>>氏，试确定该场效应管为N沟道还是P沟道。

解:

vGS<0时，低阻抗，匕>0时，高阻抗，即临<0时导通，所以该管为P沟道JFET。

在图题所示电路中，晶体管门\和皿有K=IV,工艺互导参数^=100uA/V\假定=0,求下列情况下％、％和％的值：

（1）（妙0=（*7£）2=20：

（2）（妙6=（»7L）z=20o

+5V

竹卩2

_VT（VT：

||

\\

OKHHiA

图题

（1）解：

因为（砂小=WL）z=20；电路左右完全对称，贝iJIDl=/D2=5O//^则有％=匕=5V-7nix20m=4V^

■■Vgd=-4V

则有：

/°=$件（％-乍叫=】.22"

・・.匕=匕=-1.22V

（2）解：

因为（»/£）：

=（疗£）,二20,・・.*=1・5，同时/刖+/小=100“人可求得：

/D1=60/M,ID2=40//A

则有％=5V-/D1x20m=3.8V,=5V-/D2x20m=4.2V

・・・匕刖=-3・8V<匕，•/VGD2=-4.2V

则有:

心=4；=匕s=1245U

•・.匕=匕=一1.245"

场效应管放大器如图题所示。

k\（^£）=V2,V；=2V

（1）计算静态工作点0;

（2）求从、山、凡和爪。

"on（♦阳卄

島

2tn

心（-仞

图题

解：

（1）叫=0,・•・％=-叫=18-皿=18-2/°考虑到放人器应用中，场效应管应工作在饱和区，则有:

代入上式可得：

/；-17/D+64=0

解得d=ll・35mA,/D2=5.65mA,当/D1=11.35mA时场效应管截止。

因止匕，/D=/D2=5.65mA,%=18—11・3=6・7V,=18-2x5.65=6.7V

\/^=6.7-（-6.7）=13.4V

（2）弘三許=脣=2・4〃”，忽略厄尔利效应

*ov4/

心=碁=-几（心//心）=-4.36

K=¥=他=ioos宀晟—.96

R。

乳=2kQ.

图题所示电路中FET的«=1V,静态时厶二，V（疗Z）用求:

（1）源极电阻斤应选多人

（2）电压放人倍数凡、输入电阻止、输岀电阻凡:

（3）若G虚焊开路，则4、&、丘为多少

图题

解：

（1）^=18x2rao=+6V

b=#；*（%-Xr=>%=2.6V

叫=匕一％=2・4V

R=A=3.75S

IDQ

21

（2）弘三严=°・8〃心忽略厄尔利效应

*ov

4=J=-gm（Rd//Rl）=-4.8

v

K=丄=&；+（loom||2OORG）彩1OMC

h

R°aR°=10kQ

（3）人=土=一几（“/严）=

vl1+g"

K=2=&；+（ioogi2oogMOMc

ri

Rq2Rd=10kQ

共源放人电路如图题所示，己知MOSFET的P312L=V\%=2V,心=80kQ，各电容对信号可视为短路，试求：

（1）静态屁&和◎

（2）儿、氏和屁

解：

（1）叫=0,••・％=-匕=30-朋•=30-2/°考虑到放人器应用中，场效应管应工作在饱和区，则有:

解得/Dl=18.25niA,/D2=10.75nV\,当ZDI=18.25mA时场效应管截止。

因此，ID=/D2=10.75nVk,%=30-2H0・75=8・5V,岭=30-2x10.75=8.5V,

%=8・5—（一8・5）=17U

2/

⑵弘三許二

vov

=辱=3琢，忽略厄尔利效应

可_1+&討

=0.87

v

尽=土=他=1MG

R°®R°=2kQ.

对于图题所示的固定偏置电路:

（1）用数学方法确定A和

（2）

求％、％、比的值。

图题

解：

⑴％=-3V

假设该JFET匸作在饱和区，则有/d=/dss|1-器|*=1.1〃S

（2）匕=0V,Vp=16-2.2x//?

=13.58V,匕=-3V

对于图题所示的分压偏置电路，％=9V,求：

（1）厶；

（2）%和

（3）%和心

（4）

则匕s=匕一％=2」6—I•1匚=,贝IJ^=1.1/D=3.64V%=匕一匕=（20—2.2/d）-3.64=9.07V

如图题所示，求该放人器电路的小信号电压增益、输入电阻和最人允许输入信号。

该晶体管有K=,kg⑴#K=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

解：

等效电路如图所示％=乙=%=15-10/°

=#厝（％_叮*=106曲或1・72机4（舍去）则Vgs=Vd=^4V

2/

g刖尹=0.725林

vov

WRg=10MQ,其上的交流电流可以忽略，则

入=才=一舫（M心/程）=一3・3

为了计算输入电阻，先考虑输入电流（此处也可用密勒定理）,

R=2=^=2・33MGi}4.3

最人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VDS—VGS—%9即'Wnw=VGS（ma.v）

%_人％=鸟+忙匕=＞岭=0・刖

考虑图题所示的FET放人器，其中，K=2V,（#；a）=lmA/V%Ks=4V,=10V＞以

及心。

（1）求直流分量厶和％：

（2）计算偏置点处的和值：

（3）计算电压增益值乩：

（4）如果该MOSFET有二S求偏置点处的（以及计算源电压增益凡，

图题

解：

（1）=#；¥（%-«）=2mA

则“％一皿=2・W

（1）

（2）

（3）

（4）

ovo

（3）代=#=_gm心=一7・2

（4）/•=^-=50m

X/D

R

如=7T汰；人=一几（心〃叮"2

图题所示为分压式偏置电路，该晶体管有K=IV,k；（/!

/£）=2mA/V\

如果K=100V,求佥和皿

假设对于信号频率所有的电容相当于短路，湎出该放人器完整的小信号等效电路:

求丘、兄、以及vjr51go

+I5V

5Mtl£

图题

解：

（1）假设该电路工作在饱和区，则有

匕是=+5V,%=—5-％

则％=冬一叫=5-3心=2卩

⑵

=2ms

=Ik=loom

R呵hJ=0

—>>

p-°0—~0~—°~%

⑷尺=A=Rm//心2=心=3.33MG

I-

V

R。

"=：

//心=100£G//7・5kG=7M

zt^=o

R\=8

人=严=—=—gm（ro//RD///?

L）=-8.2

i"gs

Gv=^=A=_忌旣gm也//心//他）=2.03

设计图题所示P沟道EM0SFET电路中的&、屁要求器件工作在饱和区，且厶二，仏二-，匕=2V。

已知nglQD二V%K=TV,设=0。

解:

/d=#：

¥（%-K）2=>%=-2U

人叫％=4U

VV+V心=半='竺「、=5g

Rs—四一*=2kC

*D

在图题电路中，NM0S晶体管有丨曲=,乙=50A,V（砒QW并且工作在V.=2VO

电压增益％/比为多少假设电流源内阻为50k,求尽、心。

+H>n

图题

右宁■

+

>

由电路结构可知，该场效应管工作在饱和模式

Vg=Vd=2V,Id=I=500/zA

=—="""八=0.9l/A/V,/;=冬=1OOkQw%2-0.9°ID

WRg=10MQ,其上的交流电流可以忽略，则

人弋=一弘（乙〃坨）=一&27

&=±=〃/50kG//&.=33RG

为了计算输入电阻，先考虑输入电流（此处也可用密勒定理）,

^=r^7=1O8A/n

对于图题所示的共栅极电路，Sni=2mA/V：

（1）确定4和a：

（2）丘变为，计算从和凡“并说明尼的变化对电压增益有何影响；

（3）凡:

变为（尺为）,计算九和人，说明凡?

的变化对电压增益有何影响。

18V

口3畑

I5.6"

II

——1=]II

1LJ2

J4.7k^

□

图题.

解:

（1）等效电路如下图所示

Sgo——+

入=+=ffg=gm（心〃应戶

—V*

（2）凡变为时,

人=彳=-站”心皿）=弘（心〃尽）=

—十

5S

蹈3.88=0.39

7念“

若尼减小,则嵐和血均减小，反之亦然。

（3）

（足为）时，

人=菩=f里丫"'>=几（心〃心）=3-88岭vgs

£=/q_A=”、V三3.88=1.6

R、+0.35+0.5

若盛变减小，则儿不变,人增加。

反之亦然。

计算图题所示的级联放人器的直流偏置、输入电阻、输出电阻及输出电压。

如果输出端负载为10k,计算其负载电压。

己知结型场效应管/如=I0〃iA・V；=-4—输入信号电压有效值为10mVo

解：

（1）两级放大器具有相同的fl流偏置。

vV^；=0»/.=—Vs=—/dRs=-0.68/D

考虑到放大器应用中，场效应管应工作在饱和区，则有：

皿4器卜2ST（舍却

代入上式可得：

0.289/5-4.4/D+10=0

解得—2.8mA,V^=-0.68x2.8=-1.9V,

⑵弘三許=|4=26"$,

vov厶1

由于第二级没有负载，则

A-2=-£兄=Y・24

对于第•级放人器，2.4EG//3・3MGp24M1,可得到相同的增益

则级联放大器的增益为人=久比=38.4

输出电压为匕=人耳=38.4x10=384〃卍

&=¥=&；=3・3MG

尺严心=2・4RC

负载10k两端的输出电压为

图题所示电路中的MOSFET有K二IV,k；（»7L）=V\K=40V,=I0MG,Rs=35RG,Rd=35kQo

（1）求静态工作点J、

（2）求偏置点的矗和戻值：

（3）如果节点Z接地，节点X接到内阻为500k的信号源，节点Y接到40k的负载电阻,求从信号源到负戦的电压增益、恥

（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

匕=OV,%=冬一《=_匕=5-35山

=#罟％-V.）2n心=0.1屈，则％—5-35—1.5V

2/

土=0.4〃心%，

V.

尺十=/?

GTOMG

—半=-也〃心〃坨）—.13

为共漏放

（5）

大器,等效电路如下