模拟电子电路第4章答案.doc

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，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=50A/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=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1kW。为了使rDS=500W，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=100A/V2。假定l=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）=1.24.10 共源放大电路如图题4.5所示，已知MOSFET的nCoxW/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=3.6kW。（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l=0.01V1，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pCoxW/(2L)=0.5mA/V2，Vt=1V，设l=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50kW，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2.2kW，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0.5kW（RL为4.7kW），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2.2kW时，=1.52若RL减小，则Av和Avs均减小，反之亦然。（3） Rsig变为0.5kW（RL为4.7kW）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10kW，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10kW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500kW的信号源，节点Y接到40kW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