模拟电子电路第4章答案

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（V DS >0V ，V GS >V T ），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V GS 产生沟道。

随着V SG 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DS V ，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D i 。

当SG v 一定，而SD v 持续增大时，则相应的DG v 减小，近漏极端的沟道深度进一步减小，直至DG t v V =，沟道预夹断，进入饱和区。

电流D i 不再随SD v 的变化而变化，而是一个恒定值。

考虑一个N 沟道MOSFET ，其nk '=50μA/V 2，V t =1V ，以及W /L =10。

求下列情况下的漏极电流：（1）V GS =5V 且V DS =1V ； （2）V GS =2V 且V DS =； （3）V GS =且V DS =； （4）V GS =V DS =5V 。

(1) 根据条件GS t v V …，()DS GS t v v V <-，该场效应管工作在变阻区。

()2D n GS t DS DS 12W i k v V v v L ⎡⎤'=--⎢⎥⎣⎦= (2) 根据条件GS t v V …，()DS GS t v v V >-，该场效应管工作在饱和区。

()2D n GS t 12W i k v V L'=-= (3) 根据条件GS t v V <，该场效应管工作在截止区，D 0i =(4) 根据条件GS t v V …，()DS GS t v v V >-，该场效应管工作在饱和区()2D n GS t 12W i k v V L'=-=4mA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，并确定夹断电压或开启电压值。

图题图（a ）P 沟道耗尽型 图 (b) P 沟道增强型一个NMOS 晶体管有V t =1V 。

当V GS =2V 时，求得电阻r DS 为1k 。

为了使r DS =500，则V GS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()D n GS t DS Wi k v V v L'≈- ()nGS t 1DS DS D v r i W k v V L=≈'- 当1DS r k =Ω时，代入上式可得2n 1W k mA V L '= 则1DS r k =Ω时，()()GS t GS GS t 210.5231k v V V v V mA v V VΩ=⇒-=⇒=- 当晶体管的W 为原W 的二分之一时，当V GS =2V 时，2DS r k =Ω当晶体管的W 为原W 的二分之一时，当V GS =3V 时，1DS r k =Ω （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V GS =0V 时的耗尽区，并简述工作原理。

解：（1）(2)p型GSN +N +耗尽层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R 1，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R 1，再将黑棒（接正电压）同时与栅极相连，得欧姆表上阻值为R 2，且R 2>> R 1，试确定该场效应管为N 沟道还是P 沟道。

解：GS 0v <时，低阻抗，GS 0v >时，高阻抗，即GS 0v <时导通，所以该管为P 沟道JFET 。

在图题所示电路中，晶体管VT 1和VT 2有V t =1V ，工艺互导参数nk '=100μA/V 2。

假定=0，求下列情况下V 1、V 2和V 3的值：（1）(W /L )1=(W /L )2=20； （2）(W /L )1=(W /L )2=20。

图题（1） 解：因为(W /L )1=(W /L )2=20；电路左右完全对称，则D12I 50D I A μ==则有1215204D V V V I k V ==-⨯Ω=4GD t V V V =-<Q ，可得该电路两管工作在饱和区。

则有：()2D n GS t 1 1.222GS W I k V V V V L'=-⇒= 3 1.22s V V V ∴==-（2） 解：因为(W /L )1=(W /L )2=20，121.5D D I I ∴=，同时12100D D I I A μ+=可求得：1260,40D D I A I A μμ==则有11520 3.8D V V I k V =-⨯Ω=，22520 4.2D V V I k V =-⨯Ω=1 3.8GD t V V V =-<Q ，2 4.2GD t V V V =-<Q 可得该电路两管工作在饱和区。

则有：()()2D1n GS t 11 1.2452GS W I k V V V V L'=-⇒=3 1.245s V V V ∴==-场效应管放大器如图题所示。

nk '(W /L )=V 2，t 2V V = （1）计算静态工作点Q ； （2）求A v 、A vs 、R i 和R o 。

2图题解：（1）0G V =Q ，18182GS S D S D V V I R I ∴=-=-=- 考虑到放大器应用中，场效应管应工作在饱和区，则有：()2D n GS t 12W I k V V L'=- 代入上式可得：2DD 17640I I -+= 解得D111.35mA I =，D2 5.65mA I =，当D111.35mA I =时场效应管截止。

因此，D D2 5.65mA I I ==，GS 1811.3 6.7V V =-=，D 182 5.65 6.7V V=-⨯=，DS 6.7( 6.7)13.4V V =--=(2) D m OV 211.3 2.44.7I g ms V ≡==，忽略厄尔利效应 ()ov m D L i// 4.36v A g R R v ==-=- ii G i100v R R k i ===Ω ivs vi sig 3.96R A A R R ==-+o D 2R R k ≈=Ω图题所示电路中FET 的t 1V V =，静态时I DQ =，nk '(W /L )=V 2求： （1）源极电阻R 应选多大（2）电压放大倍数A v 、输入电阻R i 、输出电阻R o ； （3）若C 3虚焊开路，则A v 、R i 、R o 为多少图题 解：（1）G 100186V 200100V =⨯=++()2D n GS t 1 2.62GS W I k V V V V L'=-⇒= 2.4V S G GS V V V =-=3.75SDQV R k I ==Ω (2) Dm OV20.8I g ms V ≡=，忽略厄尔利效应 ()ov m D L i// 4.8v A g R R v ==-=- ii G i(100200)10v R R k k M i ==+ΩΩ≈ΩP o D 10R R k ≈=Ω（3）()m DL ov i m //1g R R v A v g R==-+= ii G i(100200)10v R R k k M i ==+ΩΩ≈ΩP o D 10R R k ≈=Ω共源放大电路如图题所示，已知MOSFET 的μn C ox W /2L =V 2，t 2V V =，o 80k r =Ω，各电容对信号可视为短路，试求：（1）静态I DQ 、V GSQ 和V DSQ ； （2）A v 、R i 和R o 。

2图题 解：（1）0G V =Q ，30302GS S D S D V V I R I ∴=-=-=- 考虑到放大器应用中，场效应管应工作在饱和区，则有：()2D n GS t 12W I k V V L'=- 代入上式可得：2DD 291960I I -+=解得D118.25mA I =，D210.75mA I =，当D118.25mA I =时场效应管截止。

因此，D D210.75mA I I ==，GS 302*10.758.5V V =-=，D 30210.758.5V V =-⨯=，DS 8.5(8.5)17V V =--=(2) D m OV 211.33.34.7I g ms V ≡==，忽略厄尔利效应 ()m D L ov i m //0.871g R R v A v g R==-=+ ii G i1v R R M i ===Ω o D 2R R k ≈=Ω对于图题所示的固定偏置电路： （1）用数学方法确定I DQ 和V GSQ ； （2）求V S 、V D 、V G 的值。

Vt图题 解：（1）3V GS V =-假设该JFET 工作在饱和区，则有2GS D DSS t 1 1.1D V I I I mA V ⎛⎫=-⇒= ⎪⎝⎭(2) 0V S V =，16 2.213.58D D V I V =-⨯=， 3V G V =-对于图题所示的分压偏置电路，V D =9V ，求： （1）I D ； （2）V S 和V DS ； （3）V G 和V GS 。

Vt图题G 11020 2.16V 110910V =⨯=+，GS G S D 2.16 1.1V V V I =-=-2GS D DSS t 1 3.318.01(D V I I I mA mA V ⎛⎫=-⇒= ⎪⎝⎭或舍去）则GS G S D 2.16 1.1V V V I =-=-=, 则D 1.1 3.64S V I V ==DS S (20 2.2) 3.649.07D D V V V I V =-=--=如图题所示，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V t =，n k '(W /L )=V 2，V A =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iR v Ov ii gs v gsm v g LR +-DR or解：等效电路如图所示GS D 1510DS D V V V I ===-()2D n GS t 1 1.06 1.72(2D W I k V V I mA mA L'=-⇒=或舍去） 则GS 4.4D V V V ==Dm OV20.725I g ms V ≡= 因10G R M =Ω，其上的交流电流可以忽略，则()ov m D L i//// 3.3o v A g r R R v ==-=- 为了计算输入电阻，先考虑输入电流（此处也可用密勒定理），1 4.3o i i o i i G G i Gv v v v v i R R v R -⎛⎫==-= ⎪⎝⎭i i i 2.334.3G R v R M i ===Ω 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DS GS t v v V ≥-， 即min)(max)DS GS t v v V =-（0.34DS v i GS i t i V A v V v V v V -=+-⇒=考虑图题所示的FET 放大器，其中，V t =2V ，nk '(W /L )=1mA/V 2，V GS =4V ，V DD = 10V ，以及R D =。