第四章场效应管习题答案
半导体物理与器件第四课后习题答案3.doc
Chapter 33.1If o a were to increase, the bandgap energy would decrease and the material would begin to behave less like a semiconductor and more like a metal. If o a were to decrease, the bandgap energy would increase and thematerial would begin to behave more like an insulator._______________________________________ 3.2Schrodinger's wave equation is:()()()t x x V xt x m ,,2222ψ⋅+∂ψ∂- ()tt x j ∂ψ∂=, Assume the solution is of the form:()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ψt E kx j x u t x exp , Region I: ()0=x V . Substituting theassumed solution into the wave equation, we obtain:()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎩⎨⎧∂∂-t E kx j x jku x m exp 22 ()⎪⎭⎪⎬⎫⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂+t E kx j x x u exp ()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛-=t E kx j x u jE j exp which becomes()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎩⎨⎧-t E kx j x u jk m exp 222 ()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂+t E kx j x x u jkexp 2 ()⎪⎭⎪⎬⎫⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂+t E kx j x x u exp 22 ()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=t E kx j x Eu exp This equation may be written as()()()()0222222=+∂∂+∂∂+-x u mE x x u x x u jk x u kSetting ()()x u x u 1= for region I, the equation becomes:()()()()021221212=--+x u k dx x du jk dxx u d α where222mE=αIn Region II, ()O V x V =. Assume the same form of the solution:()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ψt E kx j x u t x exp , Substituting into Schrodinger's wave equation, we find:()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎩⎨⎧-t E kx j x u jk m exp 222 ()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂+t E kx j x x u jkexp 2 ()⎪⎭⎪⎬⎫⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂+t E kx j x x u exp 22 ()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-+t E kx j x u V O exp ()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-=t E kx j x Eu exp This equation can be written as:()()()2222x x u x x u jk x u k ∂∂+∂∂+- ()()02222=+-x u mEx u mV OSetting ()()x u x u 2= for region II, this equation becomes()()dx x du jk dxx u d 22222+ ()022222=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--x u mV k O α where again222mE=α_______________________________________3.3We have()()()()021221212=--+x u k dx x du jk dxx u d α Assume the solution is of the form: ()()[]x k j A x u -=αexp 1()[]x k j B +-+αexp The first derivative is()()()[]x k j A k j dxx du --=ααexp 1 ()()[]x k j B k j +-+-ααexp and the second derivative becomes()()[]()[]x k j A k j dxx u d --=ααexp 2212 ()[]()[]x k j B k j +-++ααexp 2Substituting these equations into the differential equation, we find()()[]x k j A k ---ααexp 2()()[]x k j B k +-+-ααexp 2(){()[]x k j A k j jk --+ααexp 2()()[]}x k j B k j +-+-ααexp ()()[]{x k j A k ---ααexp 22 ()[]}0exp =+-+x k j B α Combining terms, we obtain()()()[]222222αααα----+--k k k k k ()[]x k j A -⨯αexp()()()[]222222αααα--++++-+k k k k k ()[]0exp =+-⨯x k j B α We find that 00=For the differential equation in ()x u 2 and the proposed solution, the procedure is exactly the same as above._______________________________________ 3.4We have the solutions ()()[]x k j A x u -=αexp 1()[]x k j B +-+αexp for a x <<0 and()()[]x k j C x u -=βexp 2()[]x k j D +-+βexp for 0<<-x b .The first boundary condition is ()()0021u u =which yields0=--+D C B AThe second boundary condition is201===x x dx dudx du which yields()()()C k B k A k --+--βαα()0=++D k β The third boundary condition is ()()b u a u -=21 which yields()[]()[]a k j B a k j A +-+-ααexp exp ()()[]b k j C --=βexp()()[]b k j D -+-+βexp and can be written as()[]()[]a k j B a k j A +-+-ααexp exp ()[]b k j C ---βexp()[]0exp =+-b k j D β The fourth boundary condition isbx a x dx dudx du -===21 which yields()()[]a k j A k j --ααexp()()[]a k j B k j +-+-ααexp ()()()[]b k j C k j ---=ββexp()()()[]b k j D k j -+-+-ββexp and can be written as ()()[]a k j A k --ααexp()()[]a k j B k +-+-ααexp()()[]b k j C k ----ββexp()()[]0exp =+++b k j D k ββ_______________________________________ 3.5(b) (i) First point: πα=aSecond point: By trial and error, πα729.1=a (ii) First point: πα2=aSecond point: By trial and error, πα617.2=a_______________________________________3.6(b) (i) First point: πα=aSecond point: By trial and error, πα515.1=a (ii) First point: πα2=aSecond point: By trial and error, πα375.2=a_______________________________________ 3.7ka a aaP cos cos sin =+'αααLet y ka =, x a =α Theny x x xP cos cos sin =+'Consider dy dof this function.()[]{}y x x x P dyd sin cos sin 1-=+⋅'- We find()()()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⋅+⋅-'--dy dx x x dy dx x x P cos sin 112y dydxx sin sin -=- Theny x x x x x P dy dx sin sin cos sin 12-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧-⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-'For πn ka y ==, ...,2,1,0=n 0sin =⇒y So that, in general,()()dk d ka d a d dy dxαα===0 And22 mE=αSodk dEm mE dk d ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=-22/122221 α This implies thatdk dE dk d ==0α for an k π= _______________________________________ 3.8(a) πα=a 1π=⋅a E m o 212()()()()2103123422221102.41011.9210054.12---⨯⨯⨯==ππa m E o19104114.3-⨯=J From Problem 3.5 πα729.12=aπ729.1222=⋅a E m o()()()()2103123422102.41011.9210054.1729.1---⨯⨯⨯=πE18100198.1-⨯=J 12E E E -=∆1918104114.3100198.1--⨯-⨯= 19107868.6-⨯=Jor 24.4106.1107868.61919=⨯⨯=∆--E eV(b) πα23=aπ2223=⋅a E m o()()()()2103123423102.41011.9210054.12---⨯⨯⨯=πE18103646.1-⨯=J From Problem 3.5, πα617.24=aπ617.2224=⋅a E m o()()()()2103123424102.41011.9210054.1617.2---⨯⨯⨯=πE18103364.2-⨯=J 34E E E -=∆1818103646.1103364.2--⨯-⨯= 1910718.9-⨯=Jor 07.6106.110718.91919=⨯⨯=∆--E eV_______________________________________3.9(a) At π=ka , πα=a 1π=⋅a E m o 212()()()()2103123421102.41011.9210054.1---⨯⨯⨯=πE19104114.3-⨯=JAt 0=ka , By trial and error, πα859.0=a o ()()()()210312342102.41011.9210054.1859.0---⨯⨯⨯=πoE19105172.2-⨯=J o E E E -=∆11919105172.2104114.3--⨯-⨯= 2010942.8-⨯=Jor 559.0106.110942.81920=⨯⨯=∆--E eV (b) At π2=ka , πα23=aπ2223=⋅a E m o()()()()2103123423102.41011.9210054.12---⨯⨯⨯=πE18103646.1-⨯=JAt π=ka . From Problem 3.5, πα729.12=aπ729.1222=⋅a E m o()()()()2103123422102.41011.9210054.1729.1---⨯⨯⨯=πE18100198.1-⨯=J23E E E -=∆1818100198.1103646.1--⨯-⨯= 19104474.3-⨯=Jor 15.2106.1104474.31919=⨯⨯=∆--E eV_______________________________________3.10(a) πα=a 1π=⋅a E m o 212()()()()2103123421102.41011.9210054.1---⨯⨯⨯=πE19104114.3-⨯=JFrom Problem 3.6, πα515.12=aπ515.1222=⋅a E m o()()()()2103123422102.41011.9210054.1515.1---⨯⨯⨯=πE1910830.7-⨯=J 12E E E -=∆1919104114.310830.7--⨯-⨯= 19104186.4-⨯=Jor 76.2106.1104186.41919=⨯⨯=∆--E eV (b) πα23=aπ2223=⋅a E m o()()()()2103123423102.41011.9210054.12---⨯⨯⨯=πE18103646.1-⨯=JFrom Problem 3.6, πα375.24=aπ375.2224=⋅a E m o()()()()2103123424102.41011.9210054.1375.2---⨯⨯⨯=πE18109242.1-⨯=J 34E E E -=∆1818103646.1109242.1--⨯-⨯= 1910597.5-⨯=Jor 50.3106.110597.51919=⨯⨯=∆--E eV_____________________________________3.11(a) At π=ka , πα=a 1π=⋅a E m o 212()()()()2103123421102.41011.9210054.1---⨯⨯⨯=πE19104114.3-⨯=JAt 0=ka , By trial and error, πα727.0=a oπ727.022=⋅a E m o o()()()()210312342102.41011.9210054.1727.0---⨯⨯⨯=πo E19108030.1-⨯=Jo E E E -=∆11919108030.1104114.3--⨯-⨯= 19106084.1-⨯=Jor 005.1106.1106084.11919=⨯⨯=∆--E eV (b) At π2=ka , πα23=aπ2223=⋅a E m o()()()()2103123423102.41011.9210054.12---⨯⨯⨯=πE18103646.1-⨯=JAt π=ka , From Problem 3.6,πα515.12=aπ515.1222=⋅a E m o()()()()2103423422102.41011.9210054.1515.1---⨯⨯⨯=πE1910830.7-⨯=J23E E E -=∆191810830.7103646.1--⨯-⨯= 1910816.5-⨯=Jor 635.3106.110816.51919=⨯⨯=∆--E eV_______________________________________3.12For 100=T K, ()()⇒+⨯-=-1006361001073.4170.124gE164.1=g E eV200=T K, 147.1=g E eV 300=T K, 125.1=g E eV 400=T K, 097.1=g E eV 500=T K, 066.1=g E eV 600=T K, 032.1=g E eV_______________________________________3.13The effective mass is given by1222*1-⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅=dk E d mWe have()()B curve dkE d A curve dk E d 2222> so that ()()B curve m A curve m **<_______________________________________ 3.14The effective mass for a hole is given by1222*1-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=dk E d m p We have that()()B curve dkEd A curve dk E d 2222> so that ()()B curve m A curve m p p **<_______________________________________ 3.15Points A,B: ⇒<0dk dEvelocity in -x directionPoints C,D: ⇒>0dk dEvelocity in +x directionPoints A,D: ⇒<022dk Ednegative effective massPoints B,C: ⇒>022dkEd positive effective mass _______________________________________3.16For A: 2k C E i =At 101008.0+⨯=k m 1-, 05.0=E eV Or ()()2119108106.105.0--⨯=⨯=E J So ()2101211008.0108⨯=⨯-C3811025.1-⨯=⇒CNow ()()38234121025.1210054.12--*⨯⨯==C m 311044.4-⨯=kgor o m m ⋅⨯⨯=--*31311011.9104437.4o m m 488.0=* For B: 2k C E i =At 101008.0+⨯=k m 1-, 5.0=E eV Or ()()2019108106.15.0--⨯=⨯=E JSo ()2101201008.0108⨯=⨯-C 3711025.1-⨯=⇒CNow ()()37234121025.1210054.12--*⨯⨯==C m 321044.4-⨯=kg or o m m ⋅⨯⨯=--*31321011.9104437.4o m m 0488.0=*_______________________________________ 3.17For A: 22k C E E -=-υ()()()2102191008.0106.1025.0⨯-=⨯--C 3921025.6-⨯=⇒C()()39234221025.6210054.12--*⨯⨯-=-=C m31108873.8-⨯-=kgor o m m ⋅⨯⨯-=--*31311011.9108873.8o m m 976.0--=* For B: 22k C E E -=-υ()()()2102191008.0106.13.0⨯-=⨯--C 382105.7-⨯=⇒C()()3823422105.7210054.12--*⨯⨯-=-=C m3210406.7-⨯-=kgor o m m ⋅⨯⨯-=--*31321011.910406.7o m m 0813.0-=*_______________________________________ 3.18(a) (i) νh E =or ()()341910625.6106.142.1--⨯⨯==h E ν1410429.3⨯=Hz(ii) 141010429.3103⨯⨯===νλc E hc 51075.8-⨯=cm 875=nm(b) (i) ()()341910625.6106.112.1--⨯⨯==h E ν1410705.2⨯=Hz(ii) 141010705.2103⨯⨯==νλc410109.1-⨯=cm 1109=nm_______________________________________ 3.19(c) Curve A: Effective mass is a constantCurve B: Effective mass is positive around 0=k , and is negativearound 2π±=k . _______________________________________ 3.20()[]O O k k E E E --=αcos 1 Then()()()[]O k k E dkdE ---=ααsin 1()[]O k k E -+=ααsin 1 and()[]O k k E dk E d -=ααcos 2122Then221222*11 αE dk Ed m o k k =⋅== or212*αE m =_______________________________________ 3.21(a) ()[]3/123/24lt dn m m m =*()()[]3/123/264.1082.04oom m =o dn m m 56.0=*(b)o o l t cnm m m m m 64.11082.02123+=+=*oo m m 6098.039.24+=o cn m m 12.0=*_______________________________________ 3.22(a) ()()[]3/22/32/3lh hh dp m m m +=*()()[]3/22/32/3082.045.0o om m +=[]o m ⋅+=3/202348.030187.0o dp m m 473.0=*(b) ()()()()2/12/12/32/3lh hh lh hh cpm m m m m ++=*()()()()om ⋅++=2/12/12/32/3082.045.0082.045.0 o cp m m 34.0=*_______________________________________ 3.23For the 3-dimensional infinite potential well, ()0=x V when a x <<0, a y <<0, and a z <<0. In this region, the wave equation is:()()()222222,,,,,,z z y x y z y x x z y x ∂∂+∂∂+∂∂ψψψ()0,,22=+z y x mEψ Use separation of variables technique, so let ()()()()z Z y Y x X z y x =,,ψSubstituting into the wave equation, we have222222zZXY y Y XZ x X YZ ∂∂+∂∂+∂∂ 022=⋅+XYZ mEDividing by XYZ , we obtain021*********=+∂∂⋅+∂∂⋅+∂∂⋅ mEz Z Z y Y Y x X XLet01222222=+∂∂⇒-=∂∂⋅X k x X k x X X xx The solution is of the form: ()x k B x k A x X x x cos sin +=Since ()0,,=z y x ψ at 0=x , then ()00=X so that 0=B .Also, ()0,,=z y x ψ at a x =, so that ()0=a X . Then πx x n a k = where ...,3,2,1=x n Similarly, we have2221y k y Y Y -=∂∂⋅ and 2221z k zZ Z -=∂∂⋅From the boundary conditions, we find πy y n a k = and πz z n a k =where...,3,2,1=y n and ...,3,2,1=z n From the wave equation, we can write022222=+---mE k k k z y xThe energy can be written as()222222⎪⎭⎫⎝⎛++==a n n n m E E z y x n n n z y x π _______________________________________ 3.24The total number of quantum states in the 3-dimensional potential well is given (in k-space) by()332a dk k dk k g T ⋅=ππ where222 mEk =We can then writemEk 2=Taking the differential, we obtaindE Em dE E m dk ⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=2112121 Substituting these expressions into the density of states function, we have()dE E mmE a dE E g T ⋅⋅⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛=212233 ππ Noting thatπ2h=this density of states function can be simplified and written as()()dE E m h a dE E g T ⋅⋅=2/33324π Dividing by 3a will yield the density of states so that()()E h m E g ⋅=32/324π _______________________________________ 3.25For a one-dimensional infinite potential well,222222k a n E m n ==*π Distance between quantum states()()aa n a n k k n n πππ=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-+11Now()⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=a dkdk k g T π2NowE m k n *⋅=21dE Em dk n⋅⋅⋅=*2211 Then()dE Em a dE E g n T ⋅⋅⋅=*2212 π Divide by the "volume" a , so ()Em E g n *⋅=21πSo()()()()()EE g 31341011.9067.0210054.11--⨯⋅⨯=π ()EE g 1810055.1⨯=m 3-J 1-_______________________________________ 3.26(a) Silicon, o n m m 08.1=*()()c nc E E h m E g -=*32/324π()dE E E h m g kTE E c nc c c⋅-=⎰+*232/324π()()kT E E c nc cE E h m 22/332/33224+*-⋅⋅=π()()2/332/323224kT hm n⋅⋅=*π ()()[]()()2/33342/33123210625.61011.908.124kT ⋅⋅⨯⨯=--π ()()2/355210953.7kT ⨯=(i) At 300=T K, 0259.0=kT eV()()19106.10259.0-⨯= 2110144.4-⨯=J Then ()()[]2/3215510144.4210953.7-⨯⨯=c g25100.6⨯=m 3-or 19100.6⨯=c g cm 3-(ii) At 400=T K, ()⎪⎭⎫⎝⎛=3004000259.0kT034533.0=eV()()19106.1034533.0-⨯= 21105253.5-⨯=J Then()()[]2/32155105253.5210953.7-⨯⨯=c g2510239.9⨯=m 3- or 191024.9⨯=c g cm 3-(b) GaAs, o nm m 067.0=*()()[]()()2/33342/33123210625.61011.9067.024kT g c ⋅⋅⨯⨯=--π ()()2/3542102288.1kT ⨯=(i) At 300=T K, 2110144.4-⨯=kT J ()()[]2/3215410144.42102288.1-⨯⨯=c g2310272.9⨯=m 3- or 171027.9⨯=c g cm 3-(ii) At 400=T K, 21105253.5-⨯=kT J ()()[]2/32154105253.52102288.1-⨯⨯=c g2410427.1⨯=m 3-181043.1⨯=c g cm 3-_______________________________________ 3.27(a) Silicon, o p m m 56.0=* ()()E E h mE g p-=*υυπ32/324()dE E E h mg E kTE p⋅-=⎰-*υυυυπ332/324()()υυυπE kTE pE E hm 32/332/33224-*-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=()()[]2/332/333224kT hmp-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=*π ()()[]()()2/33342/33133210625.61011.956.024kT ⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=--π ()()2/355310969.2kT ⨯=(i)At 300=T K, 2110144.4-⨯=kT J ()()[]2/3215510144.4310969.2-⨯⨯=υg2510116.4⨯=m3-or 191012.4⨯=υg cm 3- (ii)At 400=T K, 21105253.5-⨯=kT J()()[]2/32155105253.5310969.2-⨯⨯=υg2510337.6⨯=m3-or 191034.6⨯=υg cm 3- (b) GaAs, o p m m 48.0=*()()[]()()2/33342/33133210625.61011.948.024kT g ⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=--πυ ()()2/3553103564.2kT ⨯=(i)At 300=T K, 2110144.4-⨯=kT J()()[]2/3215510144.43103564.2-⨯⨯=υg2510266.3⨯=m 3- or 191027.3⨯=υg cm 3-(ii)At 400=T K, 21105253.5-⨯=kT J()()[]2/32155105253.53103564.2-⨯⨯=υg2510029.5⨯=m 3-or 191003.5⨯=υg cm 3-_______________________________________ 3.28(a) ()()c nc E E h m E g -=*32/324π()()[]()c E E -⨯⨯=--3342/33110625.61011.908.124πc E E -⨯=56101929.1 For c E E =; 0=c g1.0+=c E E eV; 4610509.1⨯=c g m 3-J 1-2.0+=c E E eV; 4610134.2⨯=m 3-J 1-3.0+=c E E eV; 4610614.2⨯=m 3-J 1- 4.0+=c E E eV; 4610018.3⨯=m 3-J 1- (b) ()E E h m g p-=*υυπ32/324()()[]()E E -⨯⨯=--υπ3342/33110625.61011.956.024E E -⨯=υ55104541.4 For υE E =; 0=υg1.0-=υE E eV; 4510634.5⨯=υg m 3-J 1-2.0-=υE E eV; 4510968.7⨯=m 3-J 1-3.0-=υE E eV; 4510758.9⨯=m 3-J 1-4.0-=υE E eV; 4610127.1⨯=m 3-J 1-_______________________________________ 3.29(a) ()()68.256.008.12/32/32/3=⎪⎭⎫ ⎝⎛==**pnc m m g g υ(b) ()()0521.048.0067.02/32/32/3=⎪⎭⎫ ⎝⎛==**pncmm g g υ_______________________________________3.30 Plot_______________________________________ 3.31(a) ()()()!710!7!10!!!-=-=i i i i i N g N g W()()()()()()()()()()()()1201238910!3!7!78910===(b) (i) ()()()()()()()()12!10!101112!1012!10!12=-=i W 66=(ii) ()()()()()()()()()()()()1234!8!89101112!812!8!12=-=i W 495=_______________________________________ 3.32()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=kT E E E f F exp 11(a) kT E E F =-, ()()⇒+=1exp 11E f()269.0=E f (b) kT E E F 5=-, ()()⇒+=5exp 11E f()31069.6-⨯=E f(c) kT E E F 10=-, ()()⇒+=10exp 11E f ()51054.4-⨯=E f_______________________________________ 3.33()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=-kT E E E f F exp 1111or()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=-kT E E E f F exp 111(a) kT E E F =-, ()269.01=-E f (b) kT E E F 5=-, ()31069.61-⨯=-E f(c) kT E E F 10=-, ()51054.41-⨯=-E f_______________________________________ 3.34(a) ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--≅kT E E f F F exp c E E =; 61032.90259.030.0exp -⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=F f 2kT E c +; ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=0259.020259.030.0exp F f 61066.5-⨯=kT E c +; ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=0259.00259.030.0exp F f 61043.3-⨯=23kT E c +; ()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=0259.020259.0330.0exp F f 61008.2-⨯=kT E c 2+; ()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=0259.00259.0230.0exp F f 61026.1-⨯=(b) ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-=-kT E E f F F exp 1111()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--≅kT E E F exp υE E =; ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-0259.025.0exp 1F f 51043.6-⨯= 2kT E -υ; ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=-0259.020259.025.0exp 1F f 51090.3-⨯=kT E -υ; ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=-0259.00259.025.0exp 1F f 51036.2-⨯=23kTE -υ; ()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=-0259.020259.0325.0exp 1F f 51043.1-⨯= kT E 2-υ;()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=-0259.00259.0225.0exp 1F f 61070.8-⨯=_______________________________________3.35()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=kT E kT E kT E E f F c F F exp exp and()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-kT E E f F F exp 1 ()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=kT kT E E F υexp So ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-kT E kT E F c exp ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=kT kT E E F υexp Then kT E E E kT E F F c +-=-+υOr midgap c F E E E E =+=2υ_______________________________________ 3.3622222ma n E n π =For 6=n , Filled state()()()()()2103122234610121011.92610054.1---⨯⨯⨯=πE18105044.1-⨯=Jor 40.9106.1105044.119186=⨯⨯=--E eV For 7=n , Empty state ()()()()()2103122234710121011.92710054.1---⨯⨯⨯=πE1810048.2-⨯=Jor 8.12106.110048.219187=⨯⨯=--E eV Therefore 8.1240.9<<F E eV_______________________________________ 3.37(a) For a 3-D infinite potential well()222222⎪⎭⎫ ⎝⎛++=a n n n mE z y x π For 5 electrons, the 5th electron occupies the quantum state 1,2,2===z y x n n n ; so()2222252⎪⎭⎫ ⎝⎛++=a n n n m E z y x π()()()()()21031222223410121011.9212210054.1---⨯⨯++⨯=π1910761.3-⨯=Jor 35.2106.110761.319195=⨯⨯=--E eV For the next quantum state, which is empty, the quantum state is 2,2,1===z y x n n n . This quantum state is at the same energy, so 35.2=F E eV(b) For 13 electrons, the 13th electronoccupies the quantum state 3,2,3===z y x n n n ; so ()()()()()2103122222341310121011.9232310054.1---⨯⨯++⨯=πE 1910194.9-⨯=Jor 746.5106.110194.9191913=⨯⨯=--E eVThe 14th electron would occupy the quantum state 3,3,2===z y x n n n . This state is at the same energy, so 746.5=F E eV_______________________________________ 3.38The probability of a state at E E E F ∆+=1 being occupied is()⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=kT E kT E E E f F exp 11exp 11111 The probability of a state at E E E F ∆-=2being empty is()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=-kT E E E f F 222exp 1111⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-+-=kT E kT E kT E exp 1exp exp 111or()⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=-kT E E f exp 11122so ()()22111E f E f -=_______________________________________3.39(a) At energy 1E , we want01.0exp 11exp 11exp 1111=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-kT E E kT E E kT E E F F FThis expression can be written as01.01exp exp 111=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+kT E E kT E E F F or()⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=kT E E F 1exp 01.01Then()100ln 1kT E E F += orkT E E F 6.41+= (b)At kT E E F 6.4+=, ()()6.4exp 11exp 1111+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=kT E E E f F which yields()01.000990.01≅=E f_______________________________________ 3.40 (a)()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=0259.050.580.5exp exp kT E E f F F 61032.9-⨯=(b) ()060433.03007000259.0=⎪⎭⎫⎝⎛=kT eV31098.6060433.030.0exp -⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=F f (c) ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--≅-kT E E f F F exp 1 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=kT 25.0exp 02.0or 5002.0125.0exp ==⎥⎦⎤⎢⎣⎡+kT ()50ln 25.0=kTor()()⎪⎭⎫⎝⎛===3000259.0063906.050ln 25.0T kT which yields 740=T K_______________________________________ 3.41 (a)()00304.00259.00.715.7exp 11=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=E for 0.304%(b) At 1000=T K, 08633.0=kT eV Then()1496.008633.00.715.7exp 11=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=E for 14.96%(c) ()997.00259.00.785.6exp 11=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=E for 99.7% (d)At F E E =, ()21=E f for all temperatures_______________________________________ 3.42(a) For 1E E =()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--≅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=kT E E kTE E E fF F11exp exp 11Then()611032.90259.030.0exp -⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=E fFor 2E E =, 82.030.012.12=-=-E E F eV Then()⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=-0259.082.0exp 1111E for()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛---≅-0259.082.0exp 111E f141078.10259.082.0exp -⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=(b) For 4.02=-E E F eV,72.01=-F E E eVAt 1E E =,()()⎪⎭⎫⎝⎛-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=0259.072.0exp exp 1kT E E E f F or()131045.8-⨯=E f At 2E E =,()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-kT E E E f F 2exp 1 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=0259.04.0expor()71096.11-⨯=-E f_______________________________________ 3.43(a) At 1E E =()()⎪⎭⎫⎝⎛-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=0259.030.0exp exp 1kT E E E f F or()61032.9-⨯=E fAt 2E E =, 12.13.042.12=-=-E E F eV So()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-kT E E E f F 2exp 1 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=0259.012.1expor()191066.11-⨯=-E f (b) For 4.02=-E E F ,02.11=-F E E eV At 1E E =,()()⎪⎭⎫⎝⎛-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=0259.002.1exp exp 1kT E E E f F or()181088.7-⨯=E f At 2E E =,()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-kT E E E f F 2exp 1 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=0259.04.0expor ()71096.11-⨯=-E f_______________________________________ 3.44()1exp 1-⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=kTE E E f Fso()()2exp 11-⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=kT E E dE E df F⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫⎝⎛⨯kT E E kT F exp 1or()2exp 1exp 1⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫⎝⎛-=kT E E kT E E kT dE E df F F (a) At 0=T K, For()00exp =⇒=∞-⇒<dE dfE E F()0exp =⇒+∞=∞+⇒>dEdfE E FAt -∞=⇒=dEdfE E F(b) At 300=T K, 0259.0=kT eVFor F E E <<, 0=dE dfFor F E E >>, 0=dEdfAt F E E =,()()65.91110259.012-=+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=dE df (eV)1-(c) At 500=T K, 04317.0=kT eVFor F E E <<, 0=dE dfFor F E E >>, 0=dEdfAt F E E =,()()79.511104317.012-=+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=dE df (eV)1- _______________________________________ 3.45(a) At midgap E E =,()⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=kT E kTE E E f g F2exp 11exp 11Si: 12.1=g E eV, ()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=0259.0212.1exp 11E for()101007.4-⨯=E fGe: 66.0=g E eV ()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=0259.0266.0exp 11E for()61093.2-⨯=E f GaAs: 42.1=g E eV ()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=0259.0242.1exp 11E for()121024.1-⨯=E f(b) Using the results of Problem 3.38, the answers to part (b) are exactly the same as those given in part (a)._______________________________________3.46(a) ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=kT E E f F F exp ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-kT 60.0exp 108or()810ln 60.0+=kT()032572.010ln 60.08==kT eV ()⎪⎭⎫⎝⎛=3000259.0032572.0Tso 377=T K(b) ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-kT 60.0exp 106()610ln 60.0+=kT()043429.010ln 60.06==kT ()⎪⎭⎫⎝⎛=3000259.0043429.0Tor 503=T K_______________________________________ 3.47(a) At 200=T K,()017267.03002000259.0=⎪⎭⎫⎝⎛=kT eV⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+==kT E E f F F exp 1105.019105.01exp =-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-kT E E F()()()19ln 017267.019ln ==-kT E E F 05084.0=eV By symmetry, for 95.0=F f , 05084.0-=-F E E eVThen ()1017.005084.02==∆E eV (b) 400=T K, 034533.0=kT eV For 05.0=F f , from part (a),()()()19ln 034533.019ln ==-kT E E F 10168.0=eVThen ()2034.010168.02==∆E eV _______________________________________。
模拟电子书后习题答案第4章
Rg2 C1 Rg Rd C2 VDD
VT
Rg2 R VSS
ui
VT
RL CS uo
us
ui
Rg1
RS
图 4.7.3 题 4-4 电路图
图 4.7.4 题 4-6 电路图
解：
iD I DO (
uGS 1)2 ，即 0.5=0.5(uGS/1-1)2 U GS(th)
U i U gs U o g mU gs ( Rd // rd )
Au gm Rd
对转移特性曲线方程式求导数，可得
gm
2 Up
I DSS I DQ 0.69mA/V
A u =－6.9 3. CS 开路时的电压放大倍数 CS 开路实际上就是电路出现电流串联负反馈，电压增益下降。如果没有学习反馈， 仍然可以用微变等效电路法求解。放大器微变等效电路如图 2-13(c)。 因为 rd >>R d 、R s 故
gm＝
2 I DSS I D =1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱU GS(off)
【4-6】电路如图 4.7.4，场效应管的 rds >>R D ，要求： 1. 画出该放大电路的中频微变等效电路； 2. 写出 Au 、R i 和 R o 的表达式； 3. 定性说明当 R s 增大时， Au 、R i 和 Ro 是否变化，如何变化？ 4. 若 CS 开路， Au 、R i 和 R o 是否变化，如何变化？写出变换后的表达式。 解： 此题的场效应管是增强型的，所以要用增强型的转移特性曲线方程式
gm
输入电阻 输出电阻
2 U GS(th)
I DQ I DO
Ri RG ( RG1 // RG2 ) Ro RD
(完整版)第四章场效应管习题答案
第四章 场效应管基本放大电路4-1 选择填空1．场效应晶体管是用_______控制漏极电流的。
a. 栅源电流b. 栅源电压c. 漏源电流d. 漏源电压2．结型场效应管发生预夹断后，管子________。
a. 关断b. 进入恒流区c. 进入饱和区d. 可变电阻区3．场效应管的低频跨导g m 是________。
a. 常数b. 不是常数c. 栅源电压有关d. 栅源电压无关4. 场效应管靠__________导电。
a. 一种载流子b. 两种载流子c. 电子d. 空穴5. 增强型PMOS 管的开启电压__________。
a. 大于零b. 小于零c. 等于零d. 或大于零或小于零6. 增强型NMOS 管的开启电压__________。
a. 大于零b. 小于零c. 等于零d. 或大于零或小于零7. 只有__________场效应管才能采取自偏压电路。
a. 增强型b. 耗尽型c. 结型d. 增强型和耗尽型8. 分压式电路中的栅极电阻R G 一般阻值很大，目的是__________。
a. 设置合适的静态工作点b. 减小栅极电流c. 提高电路的电压放大倍数d. 提高电路的输入电阻9. 源极跟随器（共漏极放大器）的输出电阻与___________有关。
a. 管子跨导g mb. 源极电阻R Sc. 管子跨导g m 和源极电阻R S10. 某场效应管的I DSS 为6mA ，而I DQ 自漏极流出，大小为8mA ，则该管是_______。
a. P 沟道结型管b. N 沟道结型管c. 增强型PMOS 管d. 耗尽型PMOS 管e. 增强型NMOS 管f. 耗尽型NMOS 管解答：1.b2.b3.b,c4. a5.b6.a7. b,c8. d9.c 10.d4-2 已知题4-2图所示中各场效应管工作在恒流区，请将管子类型、电源V DD 的极性（+、-）、u GS 的极性（>0，≥0，<0，≤0,任意）分别填写在表格中。
第四章 场效应管习题答案
第四章场效力管基础搁大电路之阳早格格创做41 采用挖空1．场效力晶体管是用_______统造漏极电流的.a. 栅源电流b. 栅源电压c. 漏源电流d. 漏源电压2．结型场效力管爆收预夹断后，管子________.a. 闭断b. 加进恒流区c. 加进鼓战区d. 可变电阻区3．场效力管的矮频跨导gm是________.a. 常数b. 不是常数c. 栅源电压有闭d. 栅源电压无闭4. 场效力管靠__________导电.a. 一种载流子b. 二种载流子c. 电子d. 空穴5. 巩固型PMOS管的开开电压__________.a. 大于整b. 小于整c. 等于整d. 或者大于整或者小于整6. 巩固型NMOS管的开开电压__________.a. 大于整b. 小于整c. 等于整d. 或者大于整或者小于整7. 惟有__________场效力管才搞采取自偏偏压电路.a. 巩固型b. 耗尽型c. 结型d. 巩固型战耗尽型8. 分压式电路中的栅极电阻RG普遍阻值很大，手段是__________.a. 树坐符合的固态处事面b. 减小栅极电流c. 普及电路的电压搁大倍数d. 普及电路的输进电阻9. 源极跟随器（同漏极搁大器）的输出电阻取___________有闭.a. 管子跨导gmb. 源极电阻RSc. 管子跨导gm战源极电阻RS10. 某场效力管的IDSS为6mA，而IDQ自漏极流出，大小为8mA，则该管是_______.a. P沟讲结型管b. N沟讲结型管c. 巩固型PMOS管d. 耗尽型PMOS管e. 巩固型NMOS管f. 耗尽型NMOS管解问：42 已知题42图所示中各场效力管处事正在恒流区，请将管子典型、电源VDD的极性（+、）、uGS的极性（>0，≥0，<0，≤0,任性）分别挖写正在表格中.解：43试分解如题43图所示各电路是可平常搁大，并证明缘由.解：(a)不克不迭.VT是一个N沟讲JFET，央供偏偏置电压UGS谦脚UGS,off <UGS <0，而电路中VT的偏偏置电压UGS>0，果此不克不迭举止平常搁大.(b)能.VT是一个P沟讲JFET，央供偏偏置电压UGS谦脚0<UGS< UGS,off，而电路中VT的偏偏置电压UGS>0，只消正在0<UGS< UGS,off范畴内便能举止平常搁大.（c）能.VT是一个N沟讲MOSFET，央供偏偏置电压UGS谦脚UGS> UGS,off >0.电路中UGS>0，如果谦脚UGS < UGS,off便不妨平常搁大.（d）不克不迭.虽然MOSFET的漏极D战源极S不妨颠倒使用，然而是此时衬底的接法也需要安排.虽然电路中自给偏偏置电压UGS>0，也大概谦脚UGS> UGS,off >0.然而是D极战衬底B之间的PN结正背导通，果此电路不克不迭举止旗号搁大.（e）不克不迭VT是一个N沟讲巩固型MOSFET，开开电压Uon >0，央供直流偏偏置电压UGS> Uon，电路中UGS=0，果此不克不迭举止平常搁大.（f）能.VT是一个P沟讲耗尽型MOSFET，夹断电压UGS,off>0，搁大时央供偏偏置电压UGS谦脚UGS< UGS,off.电路中UGS>0，如果谦脚UGS < UGS,off便不妨平常搁大.44 电路如题44图所示，VDD=24 V，所用场效力管为N沟讲耗尽型，其参数IDSS=0.9mA，UGS,off=4V，跨导gm=1.5mA/V.电路参数RG1=200kΩ, RG2=64kΩ, RG=1MΩ, RD= RS= RL=10kΩ.试供：1．固态处事面.2．电压搁大倍数.3．输进电阻战输出电阻.解：1．固态处事面的估计正在UGS,off≤UGS≤0时，解上头二个联坐圆程组，得漏源电压为2．电压搁大倍数3．输进电阻战输出电阻.输进电阻输出电阻45 电路如题45图所示，VDD=18 V，所用场效力管为N沟讲耗尽型，其跨导gm=2mA/V.电路参数RG1=2.2MΩ, RG2=51kΩ, RG=10MΩ, RS=2 kΩ, RD=33 kΩ.试供：1．电压搁大倍数.2．若接上背载电阻RL=100 kΩ,供电压搁大倍数.3．输进电阻战输出电阻.4．定性证明当源极电阻RS删大时，电压搁大倍数、输进电阻、输出电阻是可爆收变更？如果有变更，怎么样变更？5. 若源极电阻的旁路电容CS开路，接背载时的电压删益下落到本去的百分之几？解：1．无背载时，电压搁大倍数2．有背载时，电压搁大倍数为3．输进电阻战输出电阻.输进电阻输出电阻4．N沟讲耗尽型FET的跨导定义为当源极电阻RS删大时，有所以当源极电阻RS删大时，跨导gm减小，电压删益果此而减小.输进电阻战输出电阻取源极电阻RS无闭，果此其变更对于输进电阻战输出电阻不做用.5．若源极电阻的旁路电容CS开路，接背载RL时的电压删益为既输出删益下落到本去的20%.46 电路如题46图a所示，MOS管的变化个性如题46图b所示.试供：1．电路的固态处事面.2．电压删益.3．输进电阻战输出电阻.解：1．固态处事面的估计.根据MOS管的变化个性直线，可知当UGS=3V时，IDQ=0.5mA.此时MOS管的压落为2．电压删益的估计.根据MOS管的变化个性直线，UGS,off=2V；当UGS=4V 时，ID=1mA.根据解得IDSS=1mA.电压删益3．输进电阻战输出电阻的估计输进电阻输出电阻47 电路参数如题47图所示，场效力管的UGS,off=1V，IDSS=0.5mA，rds为无贫大.试供：1．固态处事面.2．电压删益AU.3．输进电阻战输出电阻.解：1．固态处事面估计2．电压删益AU.本题目电路中，有旁路电容C，此时搁大电路的电压删益为，3．输进电阻战输出电阻的估计.48 电路如题48图所示.场效力管的gm=2mS，rds为无贫大，电路中各电容对于接流均可视为短路，试供:1.电路的电压删益AU.2．输进电阻战输出电阻.解：1.电路的电压删益AU. 2．输进电阻ri’战输出电阻ro’49 电路如题49图所示.已知VDD=20V，RG=51MΩ，RG1=200kΩ，RG2=200kΩ，RS=22 kΩ,场效力管的gm=2mS.试供：1．无自举电容C时，电路的输进电阻.2．有自举电容C时，电路的输进电阻.分解：电路中跨接正在电阻RG战源极S之间的C称为自举电容，该电容将输出电压旗号uo反馈到输进端的栅极G，产死正反馈，提下了电路的输进电阻ri.闭于背反馈电路的分解估计将正在第7章仔细介绍.解：1．无自举电容C时电路输进电阻估计根据电路可知，输进电阻为2．有自举电容C时电路的输进电阻估计此时接流等效电路如图题49图a所示.题49图a根据等效电路图，可知栅极对于天的等效电阻为其中电流输出电压当电流ii很小时，电压搁大倍数为估计停止证明自举电容C使电路的输进电阻普及了.410 电路如题410图所示.已知gm=1.65Ms,RG1= RG2=1MΩ, RD=RL=3 kΩ,耦合电容Ci=Co=10μF.试供1．电路的中频删益AU.2．估算电路的下限停止频次fL.3．当思量旗号源内阻时，下频删益估计公式.解：1．电路的中频删益AU.2fL．估算电路的下限停止频次电路矮频等效电路如题410图a所示.删益函数整治得隐然删益函数有二个极面战二个整面战二个极面.整面分别为极面分别为所以下限频次为3．电路下频等效电路如题410图b所示.下频删益函数为其中：Rs为旗号源内阻.删益函数的二个极面分别为常常，所，以下频停止频次为。
半导体物理学(第7版)第四章习题及答案
第四章习题及答案1. 300K 时，Ge 的本征电阻率为47Ωcm ，如电子和空穴迁移率分别为3900cm 2/( V.S)和1900cm 2/( V.S)。
试求Ge 的载流子浓度。
解：在本征情况下，i n p n ==,由)(/p n i p n u u q n pqu nqu +=+==111σρ知 3131910292190039001060214711--⨯=+⨯⨯⨯=+=cm u u q n p n i .)(.)(ρ 2. 试计算本征Si 在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1350cm 2/( V.S)和500cm 2/( V.S)。
当掺入百万分之一的As 后，设杂质全部电离，试计算其电导率。
比本征Si 的电导率增大了多少倍？ 解：300K 时，)/(),/(S V cm u S V cm u p n ⋅=⋅=225001350，查表3-2或图3-7可知，室温下Si 的本征载流子浓度约为3101001-⨯=cm n i .。
本征情况下，cm S +.u u q n pqu nqu -p n i p n /.)()(6191010035001350106021101-⨯=⨯⨯⨯⨯=+=+=σ金钢石结构一个原胞内的等效原子个数为84216818=+⨯+⨯个，查看附录B 知Si 的晶格常数为0.543102nm ，则其原子密度为322371051054310208--⨯=⨯cm ).(。
掺入百万分之一的As,杂质的浓度为3162210510000001105-⨯=⨯⨯=cm N D ，杂质全部电离后，i D n N >>，这种情况下，查图4-14（a ）可知其多子的迁移率为800 cm 2/( V.S)cm S .qu N -n D /.''468001060211051916=⨯⨯⨯⨯=≈σ比本征情况下增大了66101210346⨯=⨯=-..'σσ倍 3. 电阻率为10Ω.m 的p 型Si 样品，试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度。
电工学电子技术基础 第4章 习题解答
第4章 场效应管放大电路与功率放大电路图所示为场效应管的转移特性，请分别说明场效应管各属于何种类型。
说明它的开启电压th U （或夹断电压p U ）约是多少。
GSGS (a)(b)(c)图 习题图解：(a) N 沟道 耗尽型FET U P =－3V ； (b) P 沟道 增强型FET U T =－4V ； (c) P 沟道 耗尽型FET U P =2V 。
某MOSFET 的I DSS = 10mA 且U P = －8V 。
(1) 此元件是P 沟道还是N 沟道？(2) 计算U GS = －3V 是的I D ；(3) 计算U GS = 3V 时的I D 。
解：(1) N 沟道； (2) )mA (9.3)831(10)1(P GS DSS D =-⨯=-=U U I I (3) )mA (9.18)831(10)1(P GS DSS D =+⨯=-=U U I I 画出下列FET 的转移特性曲线。
(1) U P = －6V ，I DSS = 1mA 的MOSFET ；(2) U T = 8V ，K = V 2的MOSFET 。
解：(1)/V(2)i D /V试在具有四象限的直角坐标上分别画出4种类型MOSFET的转移特性示意图，并标明各自的开启电压或夹断电压。
解：i Du GSo耗尽型N沟道增强型N沟道U P U TU PU T耗尽型P沟道增强型P沟道判断图所示各电路是否有可能正常放大正弦信号。
解：(a) 能放大(b) 不能放大，增强型不能用自给偏压(c) 能放大（d）不能放大，增强型不能用自给偏压。
共漏1<uA&，可增加R d，并改为共源放大，将管子改为耗尽型，改电源极性。
图习题电路图电路如图所示，MOSFET的U th = 2V，K n = 50mA/V2，确定电路Q点的I DQ和U DSQ值。
解：)V(13.3241510015DDg2g1g2GSQ=⨯+=⨯+=VRRRU22DQ n GSQ th()50(3.132)63.9(mA)I K U U=-=⨯-=)V (2.112.09.6324d DQ DD DSQ =⨯-=-=R I V UR g1R g2100k 15k Ω(a)图 习题电路图 图 习题电路图试求图所示每个电路的U DS ，已知|I DSS | = 8mA 。
模拟电路第四章课后习题答案
第四章习题与思考题♦♦习题4-1在图P4-1所示互补对称电路中，已知V CC为6V, R L为8 ◎，假设三极管的上&和管压降U CES = 1V,① 试估算电路的最大输出功率P om；② 估算电路中直流电源消耗的功率P V和效率刀。
解：①(V CC -Ucem)2 (6 -1)2P om =^C——cem-=-———W ： 1.563W2R L 2 8如忽略U CES,则，退=互亚=2.25W2R L 2M82V CC 2 62FV QC-2-6-W ： 2.865W二R L二8= P m =1563 ：54.55%F V 2.865.., R E 2 25 一…如忽略U CES则。
=P m = 仝5定78.53%F V 2.865此题的意图是理解OCL互补对称放大电路的P om和P V的估算方法♦♦习题4-2在图P4-1所示的电路中：①三极管的最大功耗等于多少？②流过三极管的最大集电极电流等于多少？③三极管集电极和发射极之间承受的最大电压等于多少？④为了在负载上得到最大输出功率Pom,输入端应加上的正弦电压有效值大约等于多少？解：① P CM >0.2P o m =0.2 X2.25W =0.45WV CC 6 . .I CM .q=6A=0.75AR L 8③ u (BR)CEO 2V CC =2 6V = 12V④因为互补对称电路中无论哪个三极管导电，电路均工作在射极跟随器状态 ，Au 上1,而略小于 本题的意图是了解OCL 互补对称电路中功率三极管极限参数的估算方法♦. 习题4-3在图P4-3所示互补对称电路中，已知V CC 为6V, R L 为8 ◎，假设三极管的上&和管压降 U CES= 1V,①估算电路的最大输出功率 P om ； 62—=-6—W : 0.716W 2 R L 2 二 8U cem V CC 6：,2 ： 2，2V之 4.24V 。
② 估算电路中直流电源消耗的功率 P V 和效率刀。
模电课件14第四章 场效应管习题
IDSS
0
uDS
填空题 1、FET管在输出特性上可分为 可变电阻 )区、 管在输出特性上可分为( 、 管在输出特性上可分为 区 ( 恒流 )区、 ( 截止 )区、 ( 击穿 )区、四个区域。 区 区 区 四个区域。 2、FET管从结构上可分为 结型 ) 、 ( 绝缘栅型 ) 、 管从结构上可分为( 管从结构上可分为 两大类。 两大类。 3、FET放大器中，其输入电阻 很大 ) 故电流 G≈ 、 放大器中， 故电流I 放大器中 其输入电阻( ( 0 )两大类。 两大类。 两大类 4、FET放大器有 共源 ) 、 ( 共漏 ) 、 ( 共栅 )三 放大器有( 、 放大器有 三 种组态。 种组态。 5、FET共漏电路通常称为 源极输出器 )它和双 共漏电路通常称为 、 共漏电路通常称为( 它和双 极型晶体管BJT的共集电路具有相似的特点，即Ri 的共集电路具有相似的特点， 极型晶体管 的共集电路具有相似的特点 ( 很大 ) 、 Ro ( 很小 ) 、 Au ( ≤1 ) 且输入输 出电压的相位 ( 相同 ) 。
ห้องสมุดไป่ตู้
选择题 1、测得某FET管的输出特性如图，则判断此管为 、测得某 管的输出特性如图， 管的输出特性如图 (1)、N沟道结型 、 沟道结型 沟道结型FET管 管 (2)、P沟道结型 、 沟道结型 沟道结型FET管 管 (3)、N沟道耗尽型 、 沟道耗尽型 沟道耗尽型MOS管 管 (4)、P沟道耗尽型 (4)、P沟道耗尽型MOS管 沟道耗尽型MOS管 (5)、N沟道增强型 、 沟道增强型 沟道增强型MOS管 管 (6)、P沟道增强型 、 沟道增强型 沟道增强型MOS管 管 iD 预夹断曲线
第4章黄怡然参考答案讲解
E
u GS=0V 8
C8
-1V
6
6
-2V
4
4
-3V
2
2
0
F -4V B
uGS/V D
5
10
15
20 uDS/V
-4 -3
-2
-1 0
图题 4.9 答案
解：（ 1）①作直流负载线
U DS VDD I D ( RD R)
令 U DS 0 得 I D
VDD
20 10mA
RD R 2
令 I D 0 得 U DS VDD 20V
DSQ
U
2 DSQ
]
0.1 (4 UDSQ
U
2 DSQ
)
U DSQ VDD I DQ RD
解得合理解， I DQ 0.36mA ， U DSQ 1.4V
V R
V
所以静态工作点 U GSQ 3V ， U DSQ 1.4V ， I DQ 0.36mA ，管子工作在可变电阻区。
4.8 电路如图 4.45 所示，由电流源提供偏置。设管子的参数为
g m 1mS ， rDS RD ，
RG 1M ，RG1 100K ，RG2 300K ，RS1 2K ，RS2 10K ，RD 10K ，RL 10K ，
VDD 20V 电容的容量足够大，求电路的小信号电压增益
Au uo / ui ，输入电阻 Ri 和输出电
阻 Ro 。
V DD
RG2
RD C 2
C1
在转移特性曲线上连接（ 0，0），（－ 2.4， 8）两点得到一直线，此直线与转移特性曲线
的交点即为静态工作点 Q。对应 Q 点的值为
（ 2）交流负载 RL'
第四章场效应管习题解答
第四章 场效应管习题解答一解：1.C D 2.D 3.A C 4.B 5.A B 6.B二解：三解：根据图2所示T 的输出特性可知，其开启电压为5V ，根据图P1.23所示电路可知所以u GS ＝u I 。
当u I ＝4V 时，u GS 小于开启电压，故T 截止。
当u I ＝8V 时，设T 工作在恒流区，根据输出特性可知i D ≈0.6mA ，管压降 u DS ≈V DD －i D R d ≈10V因此，u GD ＝u GS －u DS ≈－2V ，小于开启电压，说明假设成立，即T 工作在恒流区。
当u I ＝12V 时，由于V DD ＝12V ，必然使T 工作在可变电阻区。
四解：（a ）可能 （b ）不能 （c ）不能 （d ）可能五解：（1）在转移特性中作直线u G S ＝－i D R S ，与转移特性的交点即为Q 点；读出坐标值，得出I D Q ＝1m A ，U G SQ ＝－2V 。
如解图（a ）所示。
在输出特性中作直流负载线u D S ＝V D D －i D （R D ＋R S ），与U G S Q ＝－2V 的那条输出特性曲线的交点为Q 点，U D SQ ≈3V 。
如解图（b ）所示。
（2）首先画出交流等效电路（图略），然后进行动态分析。
m A /V 12DQ DSS GS(off)GS Dm DS =-=∂∂=I I U u i g U Ω==Ω==-=-=k 5 M 1 5D o i D m R R R R R g A g u六、解：uA 、R i 和R o 的表达式分别为 D o 213i LD )(R R R R R R R R g A m u =+=-=∥∥七、解：（1）求Q 点：根据电路图可知， U G SQ ＝V G G ＝3V 。
从转移特性查得，当U G SQ ＝3V 时的漏极电流 I D Q ＝1m A 因此管压降 U D SQ ＝V D D －I D Q R D ＝5V 。
模拟电子技术基础课后习题—场效应管及其放大电路答案
习题3-1 场效应管沟道的预夹断和夹断有什么不同？ 解：当U DS 增加到U DS =U GS ，即U GD =U GS -U DS = U GS （th ）时，漏极附近的耗尽层将合拢，称为预夹断。
预夹断后，沟道仍然存在，夹断点的电场强度大，仍能使多数载流子(电子)作漂移运动，形成漏极电流I DSS 。
若U DS 继续增加，使U DS ＞U GS －U GS （th ），即U GD ＜U GS （th ）时，耗尽层合拢部分会增加，并自夹断点向源极方向延伸，此时夹断区的电阻越来越大，但漏极电流I D 却基本趋于饱和，不随U DS 的增加而增加。
3-2 如何从转移特性上求g m 值？ 解： 利用公式gsdm dU dI g求g m 值。
3-3 场效应管符号中，箭头背向沟道的是什么管？箭头朝向沟道的是什么管？ 解：箭头背向沟道的是P 沟道；箭头朝向沟道的是N 沟道。
3-4 结型场效应管的U GS 为什么是反偏电压？ 解：若为正偏电压，则在正偏电压作用下，两个PN 结耗尽层将变窄，I D 的大小将不受栅-源电压U GS 控制。
3-5如图3-20所示转移特性曲线，指出场效应管类型。
对于耗尽型管，求U GS （off ）、I DSS ；对于增强型管，求U GS （th ）。
解：a P 沟道增强型。
U GS （th ）=－2Vb P 沟道结型。
U GS （off ）=3V 、I DSS =4mA3-6如图3-21所示输出特性曲线，指出场效应管类型。
对于耗尽型管，求U GS （off ）、I DSS ；对于增强型管，求U GS （th ）。
解：a N 沟道增强型。
U GS （th ）=1Vb P 沟道结型。
U GS （off ）=1V 、I DSS =1.2mAGS /Va－2 －1 图3-20 习题3-5图 U GS /Vb3-7 如图3-22所示电路，场效应管的U GS （off ）=－4V ，I DSS =4mA ；计算静态工作点。
清华大学出版社课后习题详细解析
习题4客观检测题一、填空题1. 场效应管利用外加电压产生的电场来控制漏极电流的大小，因此它是电压控制器件。
2. 为了使结型场效应管正常工作，栅源间两PN结必须加反向电压来改变导电沟道的宽度，它的输入电阻比MOS管的输入电阻小。
结型场效应管外加的栅-源电压应使栅源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R GS大的特点。
3. 场效应管漏极电流由多数载流子的漂移运动形成。
N沟道场效应管的漏极电流由载流子的漂移运动形成。
JFET管中的漏极电流不能穿过PN结（能，不能）。
4. 对于耗尽型MOS管，V GS可以为正、负或者零。
I。
5. 对于增强型N型沟道MOS管，V GS只能为正，并且只能当V GS >V TH时，才能形有d6. P沟道增强型MOS管的开启电压为负值。
N沟道增强型MOS管的开启电压为正值。
7. 场效应管与晶体管相比较，其输入电阻高；噪声低；温度稳定性好；饱和压降大；放大能力较差；频率特性较差（工作频率低）；输出功率较小。
8. 场效应管属于电压控制器件，而三极管属于电流控制器件。
9. 场效应管放大器常用偏置电路一般有自偏压电路和分压器式自偏压电路两种类型。
10. 由于晶体三极管是电子、空穴两种载流子同时参与导电，所以将它称为双极型的，由于场效应管只有多数载流子参与导电，所以将其称为单极型的。
g反映了场效应管栅源电压对漏极电流控制能力，其单位为 ms(毫西门子) 。
11. 跨导m12. 若耗尽型N沟道MOS管的V GS大于零，其输入电阻不会明显变小。
13. 一个结型场效应管的转移特性曲线如题图4.1所示，则它是N 沟道的效应管，它的夹断电压V p是 4.5V ，饱和漏电流I DSS是 5.4mA 。
题图4.0.1 填空题13图主观检测题4.2.1 已知某结型场效应管的I DSS ＝2mA ，V p ＝－4V ，试画出它的转移特性曲线和输出特性曲线，并近似画出预夹断轨迹。
解：根据方程：GS D DSS Pv i I ()V =-21，逐点求出确定的v GS 下的i D ，可近似画出转移特性和输出特性；在输出特性中，将各条曲线上v GD ＝V p 的点连接起来，便为予夹断线；如图4.2.1所示。
复旦微电子-模拟电路-第4章习题答案
第4章习题解答1. 在图4-9(a)所示的基本电流镜电路中，已知场效应管的参数12n n OX W K C Lμ=和V TH ，电源电压V DD 以及电阻R 的值，试求参考电流I ref 的表达式。
解：图4-9(a)电路如下：VI O221()2D n OX GS TH WI C V V L μ=-DD GS D V V I R-=ref D I I =解以上方程即可求得I ref ，注意在两个解中取使场效应管工作在饱和区的解。
2. 若在图4-9(a)所示的基本电流镜电路中，要求I O ＝1mA 。
已知场效应管T 1的沟道宽长比是T 2的5倍，两管的V TH ＝0.75V ，电源电压V DD ＝5V ，T 1的212/n K mA V =。
试求电阻R 的值。
解：211()DD GSD n GS TH V V I k V V R-=-=222()1D n GS TH I k V V mA =-=125D D I I = 解以上方程即可求得R 的值，注意在两个解中取使场效应管工作在饱和区的解。
3. 试证明图4-14(b)电路中，电流源的输出电阻为44(1)O ce R r β≈+。
证明：在图4-14(b)电路中，为求电路的输出电阻，可以将电路进行交流等效然后用电路分析的方法求。
解，但这样求解比较烦琐，可以通过分析电路的结构用简化的分析方法求解。
VI refO分析电路的结构得知，T 2管的集电极与发射极间的输出电阻为2ce r ，这样求解电路的输出电阻可以近似为T 4发射极接电阻的共发射极放大器的输出电阻的求解，这样图4-14(b)电路的简化交流等效电路如下：R则：'442'431'2'4'42'431'2'431'2(){//[//(//)]}{//[//(//)]}//(//)o o m b e ce o ce b e e e b e b e b e o ce b e e e b e b e e e b e v i g v r i r r R r r r r v i r r R r r r r R r r r =-+++=-++++ 在 2'431'2//(//)ce b e e e b e r r R r r r ++ 且忽略2'431'2{//[//(//)]}o ce b e e e b e i r r R r r r ++情况下，可求得：44(1)oo ce ov r r i β=≈+ 4. 若已知下图中R 1＝600Ω，R 2＝200Ω，I ref ＝0.5mA ，试求I O的值，并讨论由此结果可以得出I O 与I ref 之间有什么近似关系？在什么条件下此近似关系成立？I O2解：这是比例电流镜。
模拟电路课后第四章答案
模拟电路课后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()V V th G S 2-=（b ）P-DMOSFET ，夹断电压()Off GS V （或统称为开启电压()V V th GS 2)= （c ）P-EMOSFET ，开启电压()V V th G S 4-=（d ）N-DMOSFET ，夹断电压()Off GS V （或也称为开启电压()V V th G S 4)-= 4-2 4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i D的实际⽅向为正，试问它们各属于哪些类型的FET ？分别指出i D 的实际⽅向是流进还是流出？答：（a ）P-JFET ，D i 的实际⽅向为从漏极流出。
（b ）N-DMOSFET ，D i 的实际⽅向为从漏极流进。
（c ）P-DMOSFET ，D i 的实际⽅向为从漏极流出。
（d ）N-EMOSFET ，D i 的实际⽅向为从漏极流进。
4-3 已知N 沟道EMOSFET 的µn C ox =100µA/V 2，V GS(th)=0.8V ，W/L=10，求下列情况下的漏极电流：（a ）V GS =5V ，V DS =1V ；（b ）V GS =2V ，V DS =1.2V ；（c ）V GS =5V ，V DS =0.2V ；（d ）V GS =V DS=5V 。
解：已知N-EMOSFET 的()108.0,/1002===LWth G S ox n VV V A C µµ（a ）当V V V V D S G S 1,5==时，MOSFET 处于⾮饱和状态()()th G S G S D S V V V -<()()[]()[]mAV V V VI V mA th GS GSLWC D D S D S x o n 7.3118.052101.02221222=-?-??=--=µ（b ）当V V V V D S G S 2.1,2==时，()D S th G S G S V V V V ==-2.1，MOSFET 处于临界饱和()()()()mA V V C I V mA th GS GS L W ox n D 72.08.02101.02221221=-=-?=µ （c ）当V V V V DS GS 2.0,5==时，()D S th G S G S V V V V >=-2.4，MOSFET 处于⾮饱和状态()()()[]()[]mA V V V V C I V m A D S D S th G S G S L W ox n D 82.02.02.08.052101.022212212=-?-??=--=µ（d ）当V V V D S G S 5==时，()th G S G S D S V V V ->，MOSFET 处于饱和状态 ()()()()mA V V C I V mA th GS GS L W ox n D 82.88.05101.02212=-=-?=µ 4-4 N 沟道EMOSFET 的V GS(th)=1V ，µn C ox （W/L ）=0.05mA/V 2，V GS =3V 。
场效应管考试题目及答案
场效应管考试题目及答案1. 场效应管的工作原理是什么？答案：场效应管的工作原理基于电场控制，通过改变栅极电压来控制源极和漏极之间的电流。
在增强型场效应管中，栅极电压必须达到一定的阈值才能使电流流动；而在耗尽型场效应管中，即使栅极电压为零，电流也能流动，栅极电压的变化用于调节电流的大小。
2. 场效应管与双极型晶体管（BJT）的主要区别是什么？答案：场效应管是电压控制器件，其输入阻抗高，输出阻抗低，而双极型晶体管是电流控制器件，其输入阻抗低，输出阻抗高。
场效应管的开关速度比双极型晶体管快，且场效应管的噪声水平更低。
3. 场效应管的漏极电流ID与栅源电压VGS之间的关系如何？答案：在一定范围内，场效应管的漏极电流ID与栅源电压VGS成正比。
当VGS增加时，ID也随之增加，但这种关系并非线性，而是受到漏极电压VDS的影响。
在饱和区，ID随着VGS的增加而增加，直到达到饱和电流IDSS。
4. 场效应管的阈值电压Vth是什么？答案：阈值电压Vth是指在增强型场效应管中，栅极电压必须达到的最小电压值，以使漏极电流开始流动。
当VGS等于Vth时，漏极电流ID开始显著增加。
5. 场效应管的沟道长度调制效应是什么？答案：沟道长度调制效应是指在场效应管中，当漏极电压VDS增加时，沟道的有效长度会减小，导致漏极电流ID增加。
这种效应在高电压操作下尤为明显，可以通过设计来减少其影响。
6. 如何测量场效应管的阈值电压Vth？答案：测量场效应管的阈值电压Vth通常需要使用半导体参数分析仪。
通过逐渐增加栅源电压VGS，并观察漏极电流ID的变化，当ID开始显著增加时对应的VGS值即为阈值电压Vth。
7. 场效应管的开关速度与哪些因素有关？答案：场效应管的开关速度与多种因素有关，包括器件的几何尺寸、沟道材料的迁移率、栅极电压的变化速率以及漏极电流的大小。
减小沟道长度、增加沟道宽度、提高材料迁移率以及快速的栅极电压变化都可以提高场效应管的开关速度。
(完整版)模拟电路部分习题答案
1．放大电路的静态工作点ICQ和UCEQ计算如下。
根据题3-9图所示电路列写直流负载线方程如下：
分别令IC=0，UCE=0，代入直流负载线方程，得到负载线上两个坐标点，M（3，0），N（0，1），连接M、N得到直流负载线。
根据直流通路，得基极静态工作电流为
直流负载线MN与iB=IB=15.3μA的输出特性曲线的交点Q就是静态工作点。Q点坐标为
（5）错；晶体管工作在饱和状态和放大状态时发射极有电流流过，只有在截止状态时没有电流流过。
（6）对；N型半导体中掺入足够量的三价元素，不但可复合原先掺入的五价元素，而且可使空穴成为多数载流子，从而形成P型半导体。
（7）对；PN结在无光照、无外加电压时，处于动态平衡状态，扩散电流和漂移电流相等。
（8）错。绝缘栅场效应管因为栅源间和栅漏之间有SiO2绝缘层而使栅源间电阻非常大。因此耗尽型N沟道MOS场效应管的UGS大于零，有绝缘层故而不影响输入电阻。2-3．怎样用万用表判断二极管的正、负极性及好坏？
2．RL=∞时，输入电压ui为正弦电压时输出最大不失真电压的幅值的计算。
若RL=∞，交流负载线斜率与直流负载线斜率相同，为
如题3-9图b所示。
输入电压ui为正弦电压时输出最大不失真电压的幅值为
3．若RL=7kΩ，交流负载线斜率为
输入电压ui为正弦电压时输出最大不失真电压的幅值为
3-6如题3-12图所示放大电路中，已知晶体管的β=100，UBE=－0.3V。
3．输入电阻和输出电阻。
解：
1．静态工作点计算
2．电压增益AU。
本题目电路中，有旁路电容C，此时放大电路的电压增益为，
3．输入电阻和输出电阻的计算。
解：
a不能。没有直流偏置，不能提供合适的静态工作点。
第四章 场效应管及其放大电路自测题-题
图8
模拟电子技术基础自测题
6
9、图 9 为某共源极 MOS 管放大电路， RG1 1M , RG2 47k ， RG 10M，
RS 2k ， RD 20k ,电源VDD 12V ，其中场效应管为 N 沟道耗尽型，参数为
穷大。 (1) 试画出该电路的直流通路和交流通路。 (2) 计算该电路的输入电阻、输出电阻和电压增益 AV i VO Vi 。
图7
8 、 下 图 为 共 漏 极 MOS 管 放 大 电 路 ， RG1 RG2 100k ， RG 200k ，
RS RL 20k ，电源VDD 12V ， FET 参数 gm 2mS ， rd s 视为无穷大。
为何种类型的场效应晶体
管
，它对应的开启（阈值）
6
电压VGSth =
种类型的场效应晶体管
。②号曲线对应为何 ，
iD / mA
3
①
2 ②
1
它对应的电流 I DSS =
。（注： I DSS 为
VGS 0且VGD VGSoff 时的漏极电流）。
-1 0 1 2 vGS / V
ID/mA VGS/V
模拟电子技术基础自测题
(2) 设漏极与栅极间电阻 rd s 可忽略,求出该电路中频段的电压增益、输入电阻及
输出电阻。
图6
模拟电子技术基础自测题
5
7、图 7 为共栅极 MOS 管放大电路，RG 1k ，RD RL 10k ，电源VDD 12V ，
其中场效应管为 N 沟道 DMOSFET，参数为 gm 2mS ，漏极与栅极间电阻 rd s 无
集成电路原理第四章习题解答
COX WD
LD
(V VTD ) VDSL VDSL GSL 2
1
2
此时TI、TL管均导通，应有 I DSI I DSL 可得
WD LD WE LE
VGSI
VTE
2
1 2 2 VGSL VTD V DSL V DSL 2
4
此CMOS反相器总功耗为
P=PT+PA=0.7510-3+0.5610-4W0.806mW
6、解释为何CMOS传输门的在传输高低电平时均无阈值损失？ 参考讲义整理。
7、为保证逻辑单元级联的正确，请在下图1、2、3方框内填上 适当的逻辑块类型，标出各级所用的时钟符号，并完成各级之 间的连接。最后简述依据。
CMOS与非门为无比电路，输出低电平可达到0V；而NMOS与非门为 有比电路，其输出低电平与输入管和负载管宽长比有关。
CMOS与非门输出高电平可达到VDD，而NMOS与非门输出高电平有阈 值损失，只能达到VDD-Vth NMOS与非门的静态功耗大于CMOS与非门
5、已知： CMOS反相器Vthn= ∣ Vthp∣=0.2VDD，n=p=110-4A/V2，
原来建立的上下极板感应电荷平衡被打破，如要保持沟道区 导电电荷数目不变（强反型）th增大。表现出来即为体效应。
2、比较E/E饱和负载、E/E非饱和负载和E/D NMOS反相器 的优缺点，哪一种结构能得到较好的功耗速度优值？
3、图中两级反相器I、 II均为E/D NMOS反相器，为了使级 联反相器无电平损失，须保证： Vin=Vout=Vinv 若设定增强型器件阈值电压VTE=0.2VDD，耗尽型器件阈值 电压VTD=-0.6VDD，转换电平Vinv=0.5VDD，则求出反相器II的 负载管（或上拉管）与输入管（或下拉管）的宽长比之比。
作业参考答案4-场效应管 集成电路 负反馈
VP
VT
(a)N沟道结型场效应管(耗尽型)
(b)N沟道增强型MOS管转移特性曲线
1） vGS=0时：无iD为增强型；有iD为耗尽型。 2）增强型必为MOS管；对耗尽型：vGS可正可负的为MOS管， 单侧的为JFET。 3）沟道：iD=0时，耗尽型管与横轴交点<0 (VP) 的为N沟道； 增强型管 (MOS)与横轴交点>0 (VT) 的为N沟道。
Rd
(1) 画小信号等效电路：共源组态
(2)Av vo gm Rd 1 10 3.3 vi 1 gm R1 1 1 2
R1
R1
Rd
(3)Ri Rg 3 ( Rg1 || Rg2 ) 2075 Ω k
回顾：中频电压增益计算
RL
AVm
gm ( Rd || RL ) Vo 1 gm R Vi
Rc1 5.6kΩ
T1
+ vo － vO1 vO2
Re1 e Re2
vi2
IO
2mA
－VEE
vo Avd (vi1 vi2 ) -43.3 [0.01 (-0.01)] -0.866V
(-=5.6kΩ时，求v’o (3) 单端输出，RL=∞ 时，vO2=? 求Avd2、Avc2和KCMR2的值；
v v
oc2 ic
βRc2 rbe2 (1 β )(2ro Re2 )
Rc1 5.6kΩ
vic
Re1 2rO
T1
+
+
voc －
+
T2
Rc2 5.6kΩ vic
Re2
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第四章 场效应管基本放大电路4-1 选择填空1．场效应晶体管是用_______控制漏极电流的。
a. 栅源电流b. 栅源电压c. 漏源电流d. 漏源电压 2．结型场效应管发生预夹断后，管子________。
a. 关断b. 进入恒流区c. 进入饱和区d. 可变电阻区 3．场效应管的低频跨导g m 是________。
a. 常数b. 不是常数c. 栅源电压有关d. 栅源电压无关 4. 场效应管靠__________导电。
a. 一种载流子b. 两种载流子c. 电子d. 空穴 5. 增强型PMOS 管的开启电压__________。
a. 大于零b. 小于零c. 等于零d. 或大于零或小于零 6. 增强型NMOS 管的开启电压__________。
a. 大于零b. 小于零c. 等于零d. 或大于零或小于零 7. 只有__________场效应管才能采取自偏压电路。
a. 增强型b. 耗尽型c. 结型d. 增强型和耗尽型 8. 分压式电路中的栅极电阻R G 一般阻值很大，目的是__________。
a. 设置合适的静态工作点b. 减小栅极电流c. 提高电路的电压放大倍数d. 提高电路的输入电阻 9. 源极跟随器（共漏极放大器）的输出电阻与___________有关。
a. 管子跨导g mb. 源极电阻R Sc. 管子跨导g m 和源极电阻R S 10. 某场效应管的I DSS 为6mA ，而I DQ 自漏极流出，大小为8mA ，则该管是_______。
a. P 沟道结型管b. N 沟道结型管c. 增强型PMOS 管d. 耗尽型PMOS 管e. 增强型NMOS 管f. 耗尽型NMOS 管 解答：1.b2.b3.b,c4. a5.b6.a7. b,c8. d9.c 10.d4-2 已知题4-2图所示中各场效应管工作在恒流区，请将管子类型、电源V DD 的极性（+、-）、u GS 的极性（>0，≥0，<0，≤0,任意）分别填写在表格中。
DDD（a ）题4-2图DDD（b ）DDD（c ）DDD（d ）DDD（e ）DDD（f ）解：4-3试分析如题4-3图所示各电路能否正常放大，并说明理由。
V DD（a ）（b ）DD题4-3图（c ）O--V DD（d ）+u O-（e ）DD（f ）DDU CC解：(a)不能。
VT 是一个N 沟道JFET ，要求偏置电压U GS 满足U GS,off <U GS <0，而电路中VT 的偏置电压U GS >0，因此不能进行正常放大。
(b)能。
VT 是一个P 沟道JFET ，要求偏置电压U GS 满足0<U GS < U GS,off ，而电路中VT 的偏置电压U GS >0，只要在0<U GS < U GS,off 围就能进行正常放大。
（c ）能。
VT 是一个N 沟道MOSFET ，要求偏置电压U GS 满足U GS > U GS,off >0。
电路中U GS >0，如果满足U GS < U GS,off 就可以正常放大。
（d ）不能。
虽然MOSFET 的漏极D 和源极S 可以颠倒使用，但是此时衬底的接法也需要调整。
虽然电路中自给偏置电压U GS >0，也可能满足U GS > U GS,off >0。
但是D 极和衬底B 之间的PN 结正向导通，因此电路不能进行信号放大。
（e ）不能VT 是一个N 沟道增强型MOSFET ，开启电压U on >0，要求直流偏置电压U GS > U on ，电路中U GS =0，因此不能进行正常放大。
（f ）能。
VT 是一个P 沟道耗尽型MOSFET ，夹断电压U GS,off >0，放大时要求偏置电压U GS 满足U GS < U GS,off 。
电路中U GS >0，如果满足U GS < U GS,off 就可以正常放大。
4-4 电路如题4-4图所示，V DD =24 V ，所用场效应管为N 沟道耗尽型，其参数I DSS =0.9mA ，U GS,off =-4V ，跨导g m =1.5mA/V 。
电路参数R G1=200k Ω, R G2=64k Ω, R G =1M Ω, R D = R S = R L =10k Ω。
试求：1．静态工作点。
2．电压放大倍数。
3．输入电阻和输出电阻。
+u o-题4-4图解：1． 静态工作点的计算DD S D DD G2G1G2S G GS 108.510246420064I I R I V R R R U U U -=-⨯+=-+≈-=在U GS,off ≤U GS ≤0时，2GS 2of f GS,GS DSS D )4(19.0)(1UU U I I -=-=解上面两个联立方程组，得⎪⎩⎪⎨⎧-==V 62.0mA64.0GS D U I 漏源电压为()()DS DD D D S 240.64101011.2VU V IR R =-+=-⨯+=2．电压放大倍数()()5.710//105.1//L D m io U -=⨯-=-==R R g u uA3．输入电阻和输出电阻。
输入电阻M Ω05.164//2001000//G2G1G i =+=+=R R R r输出电阻k Ω10//D D ds o =≈=R R r r4-5 电路如题4-5图所示，V DD =18 V ，所用场效应管为N 沟道耗尽型，其跨导g m =2mA/V 。
电路参数R G1=2.2MΩ, R G2=51kΩ, R G =10MΩ, R S =2 kΩ, R D =33 kΩ。
试求： 1．电压放大倍数。
2．若接上负载电阻R L =100 kΩ,求电压放大倍数。
3．输入电阻和输出电阻。
4．定性说明当源极电阻R S 增大时，电压放大倍数、输入电阻、输出电阻是否发生变化？如果有变化，如何变化？5. 若源极电阻的旁路电容C S 开路，接负载时的电压增益下降到原来的百分之几？DD+u o-题4-5图解：1．无负载时，电压放大倍数66332D m io U -=⨯-=-==R g u uA2．有负载时，电压放大倍数为()()50100//332//L D m io U -=⨯-=-==R R g u uA 3．输入电阻和输出电阻。
输入电阻i G G1G2//10 2.2//0.05110M Ωr R R R =+=+≈输出电阻k Ω33D o ==R r4．N 沟道耗尽型FET 的跨导定义为DDSS of f GS of f GS GS of fGS DSSm 2of f GS GSDSS D DSGS Dm 2121i I UUU U I g UU I i u i g u ，，，，常数-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∴⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∂∂==()L D m io U //R R g u uA -==当源极电阻R S 增大时，有↓↓⇒↓⇒↓⇒↑⇒U m D GS S A g I U R 所以当源极电阻R S 增大时，跨导g m 减小，电压增益因此而减小。
输入电阻和输出电阻与源极电阻R S 无关，因此其变化对输入电阻和输出电阻没有影响。
5．若源极电阻的旁路电容C S 开路，接负载R L 时的电压增益为()%20522111//U U UU S m U S m L D m i o U ='=⨯+=+=+-=='A A A A R g A R g R R g u u A 既输出增益下降到原来的20%.4-6 电路如题4-6图a 所示，MOS 管的转移特性如题4-6图b 所示。
试求： 1．电路的静态工作点。
2．电压增益。
3．输入电阻和输出电阻。
u -题4-6图a V 3V题4-6图b解：1． 静态工作点的计算。
根据MOS 管的转移特性曲线，可知当U GS =3V 时，I DQ =0.5mA 。
此时MOS 管的压降为 V7105.012D DQ DD DSQ =⨯-=-=R I V U2．电压增益的计算。
根据MOS 管的转移特性曲线，U GS,off =2V ；当U GS =4V 时，I D =1mA 。
根据2of f GS GSDSS D 1⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=，UU I I 解得I DSS =1mA 。
DS DSS GS D m GSGS offGS off 210.707mS u I U I g U U U =⎛⎫-∂==-===-⎪∂⎝⎭，，常数电压增益-7.110707.0D m io U ≈⨯-=-==R g u uA3．输入电阻和输出电阻的计算 输入电阻∞=i r输出电阻k Ω10D o ==R r4-7 电路参数如题4-7图所示，场效应管的U GS,off =-1V ，I DSS =0.5mA ，r ds 为无穷大。
试求： 1．静态工作点。
2．电压增益A U 。
3．输入电阻和输出电阻。
DD 题4-7图o-解：1．静态工作点计算G2GSQ DD DQ SG1G22GSQ DQ DSS GS,off 33GSQ DQ DQ 2GSQ 3DQDQ GSQ 10.047182100.412100.04720.510110.3mA 0.2VR U U I R R R U I I U U I I U I I U ⎧=-⎪+⎪⎨⎛⎫⎪=- ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎩⎧=⨯-⨯=-⨯⎪+⎪∴⎨-⎛⎫⎪=⨯- ⎪⎪-⎝⎭⎩=⎧⎪⎨=-⎪⎩将参数代入，得解得：2．电压增益A U 。
本题目电路中，有旁路电容C ，此时放大电路的电压增益为，Dm GSDGS m U R g u R u g A -=-=DS D m GS2GS D DSS GS off DSSGS m GS offGS off 1210.78mS u i g u U i I U I U g U U =∂=∂⎛⎫=- ⎪⎝⎭⎛⎫-∴=-===⎪⎝⎭常数，，，4.233078.0D m GSDGS m U -=⨯-=-=-=∴R g u R u g A3．输入电阻和输出电阻的计算。
()()K Ω30M Ω10K 47//M 2M 10//D o G2G1G i ==≈+=+=R r R R R r4-8 电路如题4-8图所示。
场效应管的g m =2mS ，r ds 为无穷大，电路中各电容对交流均可视为短路，试求:1.电路的电压增益A U 。
2．输入电阻和输出电阻。
题4-8图解：1.电路的电压增益A U 。
()()7.612120//2021////U 1m L D 1GS m L D GS m U -=⨯+⨯-=∴+-=+-=）（A R g R R g R u g u R R u g A m GS2．输入电阻r i’和输出电阻r o’()()k Ω20M Ω5K 200M//51M 5//D o G2G1G i ==≈+=+=R r R R R r4-9 电路如题4-9图所示。