模电习题解答3章

影响。 因为栅极电流为零，所以U GS = 0 ，
代入电流方程，得到漏极电流
ID
=
I
DSS
(1
−
U GS U GS (off
)
)
2
=
3(1 − 0)2
= 3mA
根据电路列出方程：U DS = 15 − I D RD
图 3-10 题 3-6 图
（1）当 RD = 10KΩ 时，U DS = 15 − 3×10 = −15V <UGS(off) ，
3
根据电流方程 I D
=
I
DSS
1
−
U GS U GS (of= −U GS ，联立求解
可以得到： I D1 = 2mA,U GS1 = −8V <UGS(off)，舍去此解。
I D2 = 0.5mA,U GS 2 = −2V >UGS(off)，保留该解。
求出： RL ≤ 10KΩ
所以负载电阻 RL 的取值范围为 0∼10KΩ。
3-9 场效应管分压电路和所用管子的漏极特性曲线如图 3-14 所示。假设 Ui 在
0~2V
Uo 范围内变化时，分压比 U i
=
0.4 ，问
VGG 应选多大？
a）电路
b）管子漏极特性 图 3-14 题 3-9 图
解：本题考察场效应管放大电路工作在可变电阻区满足的条件。 由图 3-14a）所示电路图可以得到： uO = ui − iD RD = ui − 6iD
3.2 习题解答
3-1 选择填空
1. 场效应管 g、s 之间的电阻比晶体管 b、e 之间的电阻_______（a. 大，b.小，
c.差不多）。
2. 场效应管是通过改变_______（a.栅极电流，b.栅源电压，c.漏极电压）来改
变漏极电流的，因此是一个_______（a.电流，b.电压）控制的_______（a.电流
1.计算 ID 和 RS1 的值。 2.为了保证电路的正常放大，求电阻 RS2 可能的最大值。 3.计算电压增益 Au。
4
图 3-11 题 3-7 图
解：本题考察场效应管放大电路静态工作点的计算、工作在恒流区应满足的条件
以及电压增益的分析。
1.计算 ID 和 RS1 的值
将 UGS= −2V 代入电流方程，得到漏极电流
-
+
U DS ≥ U GS − U GS (th)
-
U DS < U GS − U GS (th)
3-3 已知某 N 沟道结型场效应管的 UGS(off)=− 5V。下表给出四种状态下的 UGS 和 UDS 的值，判断各状态下的管子工作在什么区（a. 恒流区 b. 可变电阻区 c.
截止区）。
表 3-5 题 3-3 表
，得到 方程两边同时除以 uO
1 = ui − 6iD uo uo
7
iD 即：
= 1 ( ui
−1) = 1 (
1
−1) = 1
uo 6 uo
6 0.4
4
又因为uo = uDS
所以 iD = 1 uDS 4
对照图 3-14b），可以看出U GS = 7V 的曲线满足此条件
而U GS = VGG ，因此电压源 VGG 应选 7V。
8
图 3-17 题 3-11 图
解：微变等效电路如图 3-17 所示
电压增益 Au
= U& o /U& i
=
U&
g mU& gs RL′ gs + g mU& gs RL′
≈ 0.857
RL′ = RS // RL
图 3-18 微变等效电路
输入电阻 Ri = RG + RG1 // RG2 = 2.075MΩ
输出电阻 Ro
= RS
1 //
gm
≈ 0.92KΩ
3-12 图 3-19 所示的电路中，已知 VDD=40V，RG=1MΩ，RS1=RS2=500Ω，RD=12KΩ， 场效应管的 IDSS=6mA，UGS(off)=−6V，1.计算电路的静态值 IDQ、UGSQ 和 UDSQ。
。 2.求电压增益U& o1
电路可以直接写出
电压增益
Au
= U& o /U& i
=
− g mU& gs RL′ U& gs + g mU& gs R
≈
−1.7
RL′ = RD // RL
输入电阻 Ri = RG + RG1 // RG2 = 2.075MΩ
输出电阻 Ro = RD = 10KΩ 3-11：如图 3-17 所示的源极输出电路中，已知 gm=1mS。画出其微变等效电路， 并计算 Au, Ri 和 Ro 的值。
U& i
U& o2 、
U& i
3.求输出电阻 Ro1、Ro2。
图 3-19 题 3-12 图 解：本题考察场效应管放大电路静态和交流性能指标的分析与计算。
9
1. 画出放大电路的直流通路如图 3-20 所示。
联立方程组 I DQ
=
I
DSS
(1
−
U GSQ U GS (off
)
)2
U GS = − I DQ (RS1 + RS 2 )
UGS 极性
UDS 的表达式
耗尽型 结型 N 沟道
P 沟道
MOS
N 沟道 P 沟道
增强型 MOS
N 沟道 P 沟道
解：本题考察对各种类型场效应管工作在恒流区对三个极之间电位的要求。UDS、 UGS 及 UDS 的表达式见表 3-4 所示。
表 3-4 题 3-4 表解
场效应管类型
UDS 极性
UGS 极性
U GS − U GS (off ) = −2 + 5 = 3V >U DS
2
管子工作在可变电阻区（b）。 4. 当 UGS=−6V, UDS=10V 时
U GS < U GS (off ) 管子工作在截止区（c）。 3-4 判断图 3-8 所示的电路能否正常放大 ，并说明原因。
图 3-8 题 3-4 图 a）结型 N 沟道场效应管应该满足 UGS<0。 但是在 a）中源极缺少电阻提供负偏压，UGS =0。导致静态漏极电流过大，动 态范围过小，所以不能正常放大。 b）绝缘栅型 N 沟道耗尽型场效应管组成的电路，因为没有漏极电阻，使交 流输出信号到地短路，uo 无法取出，所以不能正常放大。 c）绝缘栅型 N 沟道增强型场效应管组成的电路，满足正常放大条件。 d）是一个自给偏压式共源放大电路，只适用于耗尽型和结型场效应管。图中 是绝缘栅型 N 沟道增强型的场效应管，不能正常放大。 3-5 图 3-9 所示的电路中，已知 N 沟道结型场效应管的 IDSS=2mA,UGS(off)= -4V， 计算 ID 和 UDS 的值。 解：本题是考察 N 沟道结型场效应管静态工作点的分析。
UDS 的表达式
N 沟道
+
-
U DS ≥ U GS − U GS (off )
结型 P 沟道
-
+
U DS < U GS − U GS (off )
1
耗尽型
N 沟道
+
MOS P 沟道
-
-
U DS ≥ U GS − U GS (off )
+
U DS < U GS − U GS (off )
N 沟道
+
增强型 MOS P 沟道
I DQ
=
I
DSS
(1 −
U GSQ U GS (off
)
)2
=
2 × (1 −
−2 −4
)2
= 0.5mA
因为U GSQ = U GQ − U SQ ≈ −I D RS1
所以 RS1
=
− U GSQ ID
= 2V = 4KΩ 0.5mA
2.为了保证场效应管工作在恒流区，必须满足：
U DS ≥ U GS − U GS (off )
3-10 图 3-15 所示的放大电路中，已知 gm=1mS。画出其微变等效电路，并计算 Au, Ri 和 Ro 的值。
图 3-15 题 3-10 图
图 3-16 微变等效电路
解：本题考察对场效应管共源放大电路交流性能指标的分析。 图 3-15 所示放大电路由 P 沟道耗尽型 MOS 管组成，画出其微变等效电路如图 3-16 所示。因题中直接给出了低频跨导，不需要对静态值进行分析。由微变等效
≈ 1.23mS
a）共源电路
b）源极输出电路
图 3-21 微变等效电路
输出信号为 Uo1、Uo2 时，分别是共源和源极输出放大电路，其微变等效电
路如图 3-21 a）b）所示。
： 共源放大电路电压增益
U& o1 U& i
=
U&
−
gs
g mU& gs RD + g mU& R gs S1
即U DS min = (−2) − (−4) = 2V
I D × (RS1 + RD + RS 2 max ) = VDD − U DS min
RS 2 max
= VDD
− U DS min
− ID ID
× (RS1
+ RD )
=
20 − 2 − 0.5 ×14 0.5
= 22KΩ
3. 画出电路的微变等效电路如图 3-12 所示，
管子工作在可变电阻区。 （2）当 RD = 2KΩ ，U DS = 15 − 3× 2 = 9V > UGS(off) ，
管子工作在恒流区。 （3）当 RD = 0 ，U DS = 15 − 3× 0 = 15V > UGS(off) ，
管子工作在恒流区。 3-7 图 3-11 所示的电路中，已知 UGS= −2V，场效应管的 IDSS=2mA，UGS(off)= -4V。
=
− gm RD
1 + gm (RS1 + RS2 )
− 1 ×10
=
1+
2 1
×
26
= −0.36
2
3-8 耗尽型场效应管组成的恒流源电路如图 3-13 所示，RL 变化时，iL 几乎不变。
IDSS=4mA，UGS(off)= -4V，求
1.电流 iL 的值。
2.负载电阻 RL 的取值范围。
图 3-13 题 3-8 图 解：本题考察场效应管放大电路静态值的计算以及工作在恒流区满足的条件。 1.由图 3-13 可知U GS = −2V
解此方程组，舍去不合理的根，可以得到漏极电流
I DQ = 2.3mA ， U GS = − I DQ (RS1 + RS 2 ) = −2.3V
图 3-20 直流通路
U DQ = VDD − I DQ RD = 12.4V
2.场效应管的低频跨导： gm
=
− 2I DSS U GS (off )
(1 − U GSQ ) U GS (off )
源，b.电压源）。
3. 用于放大电路中，场效应管工作在特性曲线的______。（a.可变电阻区，b.饱
和区，c.截止区）
解：1. a。2. b；b；a ；3. b。
3-2 为保证场效应管工作在恒流区，将应有的极性和应有的大小（表达式）填入
表 3-3 中。
表 3-3 题 3-2 表
场效应管类型
UDS 极性
6
代入电流方程，可以得到漏极电流
I DQ
=
I
DSS
(1 −
U GSQ U GS (off
)
)2
=
4 × (1 −
− 2)2 −4
= 1mA
因为栅极电流为零，所以负载电阻上的电流与漏极电流相等， 即 iL = I DQ = 1mA 2.耗尽型场效应管工作在恒流区必须满足条件： U DS ≥ U GS − U GS (off ) = 2V 由电路可以写出方程：U DS = VDD − iL RL = 12 − RL ≥ 2
U DS = 20 − I D (RD + RS ) =10V
图 3-9 题 3-5 图
3-6 图 3-10 所示的电路中，结型场效应管的 IDSS=3mA,UGS(off)= −3V。当 RD 分别 取 10KΩ、2 KΩ和 0 等不同阻值时，场效应管工作在哪个区？
解：本题考察场效应管放大电路中漏极电阻对管子工作状态的
5
图 3-12 微变等效电路
场效应管的低频跨导为
gm
=
− 2I DSS U GS(off)
(1 − U GS ) U GS (off )
= − 2 × 2 (1− −4
− 2) = 0.5ms −4
忽略 RG 的影响，放大电路的电压增益为
Au
= U& o/U&i
= U& gs
− g mU& gs RD + g mU& gs (RS1 + RS 2 )
1
2
3
4
UGS
−1
−2
−2
−6
UDS
3
4
2
10
工作区 解：N沟道结型场效应管工作在夹断区（截止区）的条件：UGS< UGS（off） 工作在恒流区（饱和区）的条件：U DS ≥ U GS − U GS(off )
工作在可变电阻区的条件： UGS（off）<UGS< 0，且U DS ≤ U GS − U GS(off ) 或UGD> UGS（off 1 . 当 UGS=−1V, UDS=3V 时U GS > U GS(off ) U GS − U GS (off ) = −1 + 5 = 4V >U DS 管子工作在可变电阻区（b）。 2. 当 UGS=−2V, UDS=4V 时 U GS > U GS (off ) U GS − U GS (off ) = −2 + 5 = 3V <U DS 管子工作在恒流区（a）。 3. 当 UGS=−2V, UDS=2V 时