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MOSFE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Vgsm2V
（b）P-DMOSFET，夹断电压VGsoff（或统称为开启电压VgsQ2V
（c）P-EMOSFET，开启电压VGsth4V
（d）N-DMOSFET，夹断电压VgsOff（或也称为开启电压VgsQ4V
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，iD的实际方向为从漏极流出。
（b）N-DMOSFET，i°的实际方向为从漏极流进。
（c）P-DMOSFET，iD的实际方向为从漏极流出。
（d）N-EMOSFET,iD的实际方向为从漏极流进。
4-3已知N沟道EMOSFET的卩nCox=100yA/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nCox100A/V2,VGSth0.8Vwl10
（a）当Vgs5V,Vds1V时，MOSFET处于非饱和状态V°sVgsVgsth
Id/2VGSVGsthVdsV2ds今0.1mAV210250.81123.7mA
（b）当Vgs2V,Vds1.2V时，JsVgsth1-2VVds，MOSFET处于
临界饱和
IdinCox¥VgsVgsth弓0.1叫21020.820.72mA
（c）当Vgs5V,Vds0.2V时，%Vgsth4.2VVds，MOSFET处于
非饱和状态
Vds分别为1V和4V时的Id。
0.75mA
化（4Id/Id）为多少?
50V时
由于ro
Vds
晋Vds
1D
'Di市'D
1D
VDSV
VdsVds
10%Vds10%Vds
10%v
50Vds
0.2%Vds（对
扌二种情
1D
roId
Va-Va
id1DA
当Vds变化10%时，即
10%
Vds
Vds
况都一样）
1DgDSVDSVAVDS1D°.2%VDS1D
晋0.2%Vds
4-6一个增强型
PMOSFE的卩pCox（W/L）=80卩A/V2，VGS（th尸一1.5V，入
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Vgs
VgVs
05V5VVgsth
1.5V，
P-EMOSFET导通
Cw
pCox~T
80av20.08mAV2,
0.02V
1
（a）当Vd
4V时,
由于此时VgdVg
VD0V
4V4V
VGSth
Id
P-EMOSFET处于非饱和状态
0.24mA
P-EMOSFET处于临界饱和状态
22
IdipCox罟VgsVGSth1Vds舟0.08叫251.510.02（3.5）
0.49mA1.07
0.5243mA
（C）当Vd0V时，Vds5V，VgsVgsm5V1.5V3.5V
即VdsVgsVgsth，P-EMOSFET处于饱和状态
IdipCoxWLVgsVgsth1Vds舟0.08叭251.510.025
0.49mA1.1
0.539mA
（d）当Vd5V时，Vds10V，VgsVgs^）3.5V
DSVgsVgSth，
P-EMOSFET处于饱和状态
22
Id4pCox^VgsVGsth1Vds20.08mAv251.510.0210
0.49mA1.2
0.588mA
4-7已知耗尽型NMOSFET的卩nCox（W/L）=2mA/V2,Vcs（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VgVs0，则Vgs0，VgsVgsth03V3V
（a）当Vd0.1v时，VdsVdVs
0.1VVVgsVGSth
（b）当Vd
ID~2nCox
VGSVGSth
N-DMOSFET工作于非饱和区（或三极管区）
Id2nCoxT2VgsVgsthVdsVds?
22叭2230.10.12
0.59mA
1V时，VdsVdVs1VVVgsVgsth
N-DMOSFET工作于非饱和区
W2VgsVGsthVdsVds212"务23112
5mA
9mA
又由于Vds>VgsVgsth，MOSFET处于饱和工作区
则Id；nCoxTVGS
VGSth
代入数据得:
1mA舟
0.02mAV2
2
40Vgs2
Vgs2
1mA
0.4说厂
V2
2.5
因为Vgs2
又Vgs
得Rs
得Vgs
、、2.5
1.58
1.58V
1.580.42VVVgsth不符合题意，舍去
21.583.58V
VgVsVs3.58V则Vs
3.58V
VSVSS
Id
1.42K
4-9题4-9图所示电路，已知
卩nCox（W/L）=200uAV2,
VGS（th）=2V，Va=20V。
求漏极电压。
解：
已知nCoxW
200av2
0.2mAV2，Vgsth2V，
Va
20V
（a）由于Vgs
2V，MOSFET导通,
假设MOSFET工作于饱和
1D
丄CWV
2noxLGS
VGSth
0.1
1.5Id
10Id
1.5Id
1d
150.1364mA
Vd
10VIdRd
7.27V
由于Vd7.27V
VGSVGS
（b）
由于Vgs3V
VGSth
区。
则1
1CW
D2noxL
VGSVGS
区，则
1
®>VGSth
Vds舟0.2mAV2
1211020ID0
th，说明MOSFET确实工作在饱和区，假设成立。
2V，MOSFET导通，假设MOSFET工作于饱和
th21Vds110.2mAV2121坯2020Id0
1OID2ID即11ID2
Id0.1818mA
Vd20VIdRd20V0.1818mA20K16.36V
由于Vds16.36V>VgsVgsth，说明MOSFET确实工作在饱和区，假设成立。
（c）由于Vgs4VVgs^）2V,MOSFET导通。
假设MOSFET工作于饱
和区。
则
Id2nCox（¥）（VGSVGsth）21Vds20.2"。
221^2020Id0
0.42Id
10ID84ID即14ID8
ID140.5714mA
Vd20VIdRd20V0.5714mA20K8.57V
由于Vds8.57VJVgsth,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，假设两管卩n,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/I）是T2管的5倍。
试问流过电阻R的电流Ir值。
解：
根据题意,
制效应，
T1、T2两管的n、Cox相同，Vgse0.75V，忽略沟道长度调
ID2
1mA,晋15仁
由于Vds1Vgs1VGSth"工作于饱和区，设T2也工作于饱和区，则
I丄
ID12
I1
ID22
nCox罟1【VgsVgsth]2IrnCoxr2[VgsVgsth]2
W
则P
ID2
L15
W
T2
Ir
5Id25mA
Vds10VV
VdsVVgsVGsth在任意Rs值时均成立
（2）
（2）当Vds增加10%时,
4-11在题4-11图所示电路中，已知P沟道增强型MOSFET的
W40A/V2,VGS（th）=-1V，并忽略沟道长度调制效应。
（3）画出小信号电路模型。
VA200V,VDS10V,N-EMOSFET工作在饱和区
（1）当漏极电流Idq为1mA时
跨导gm2｛今罟Idq2J0.0102吆21mA0.202%
输出电阻rds善盟200K
当漏极电流Idq为10mA时
（2）当Vds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的卩pCoxW/（2L）=80卩A/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ipQx旱80aV20.08mAv2,Vgsth1.5V
忽略沟道长度调制效应，则
VGVDDRG/3RG210V4V
vsIdRsIdVId的单位为mA
Vgs
VgVs
41D1D
4V
则1
丄c
D2pox
¥VgsVgsth2
0.08mAv2
Id4
1.5
0.08Id
2.52
Id2.52
12.51d
解方程得：
Id117.135mAId20.365mA
Idq0.365mA
Vgsqid40.36543.636V
gm
21pCoxWWIdq2..0.08mAv20.365mA0.342叭
rds
1DQ
VDSQ10V1DRDRS
10V0.365mA11K5.985V
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，卩nCox=200yA/V,W=40卩m,L=10卩m。
设入=0,要求lD=0.4mA,Vd=1V，试确定Rd、Rs值。
又由于Vds>VgsVgsth，MOSFET处于饱和工
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