2022年模拟电子电路基础答案第四章答案 .pdf

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1、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，栅极下面的衬底外表会积聚越来越多的空穴，当空穴数量到达一定时，栅极下面的衬底外表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DSV，那么空穴就会沿着新的

2、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Di 。当SGv一定，而SDv持续增大时，则相应的DGv减小，近漏极端的沟道深度进一步减小，直至DGtvV ，沟道预夹断，进入饱和区。电流Di不再随SDv的变化而变化，而是一个恒定值。4.2 考虑一个N 沟道 MOSFET ，其nk = 50 A/V2，Vt= 1V ，以及 W/L = 10。求以下情况下的漏极电流：1VGS= 5V 且 VDS= 1V；2VGS= 2V 且 VDS= ；3VGS= 且 VDS= ；4VGS= VDS= 5V。(1)根据条件GStvV ，DSGStvvV，该场效应管工作在变阻区。2DnGSt

3、DSDS12WikvVvvL(2)根据条件GStvV ，DSGStvvV，该场效应管工作在饱和区。2DnGSt12WikvVL(3)根据条件GStvV，该场效应管工作在截止区，D0i(4)根据条件GStvV ，DSGStvvV，该场效应管工作在饱和区2DnGSt12WikvVL=4mA4.3 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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 13 页图题图 aP 沟道耗尽型图 (b) P 沟道增强型4.4 一个 NMOS 晶体管有 Vt= 1

4、V 。 当 VGS= 2V 时， 求得电阻rDS为 1k。 为了使 rDS= 500，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DnGStDSWikvVvLnGSt1DSDSDvriWkvVL当1DSrk时，代入上式可得2n1WkmA VL则1DSrk时，GStGSGSt210.5231kvVVvVmAvVV当晶体管的W 为原 W 的二分之一时，当VGS= 2V 时，2DSrk当晶体管的W 为原 W 的二分之一时，当VGS= 3V 时，1DSrk4.5 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

5、置，画出VGS= 0V 时的耗尽区，并简述工作原理。解： 1精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 13 页(2)p型GDSNN耗尽层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：GS0v时，低阻抗，GS0v时，高阻抗，即GS0v时导通，所以该管为P 沟道 JFET。4.7 在图题所示电路中， 晶体管 VT1和 VT2有 Vt=

6、 1V， 工艺互导参数nk =100 A/V2。 假定= 0，求以下情况下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（1）解：因为 (W/L)1= (W/L)2= 20；电路左右完全对称，则D12I50DIA则有1215204DVVVIkV4GDtVVV ，可得该电路两管工作在饱和区。则有：2DnGSt11.222GSWIkVVVVL31.22sVVV（2）解：因为 (W/L)1= 1.5(W/L)2= 20，121.5DDII，同时12100DDIIA精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -

7、 - - - - -第 3 页，共 13 页可求得：1260,40DDIA IA则有115203.8DVVIkV ，225204.2DVVIkV13.8GDtVVV ，24.2GDtVVV 可得该电路两管工作在饱和区。则有：2D1nGSt111.2452GSWIkVVVVL31.245sVVV4.8 场效应管放大器如图题所示。nk (W/L2，t2VV1计算静态工作点Q；2求 Av、Avs、 Ri和 Ro。2图题解： 10GV，18182GSSDSDVVI RI考虑到放大器应用中，场效应管应工作在饱和区，则有：2DnGSt12WIkVVL代入上式可得：2DD17640II解得D111.35mA

8、I，D25.65mAI，当D111.35mAI时场效应管截止。因此，DD25.65mAII，GS1811.36.7VV，D1825.656.7VV，DS6.7( 6.7)13.4VV(2) DmOV211.32.44.7IgmsV，忽略厄尔利效应ovmDLi/ /4.36vAgRRviiGi100vRRkiivsvisig3.96RAARRoD2RRk4.9 图题所示电路中FET 的t1VV，静态时IDQ= ，nk (W/L2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假设 C3虚焊开路，则Av、Ri、Ro为多少？精选学习资料 - - - - - - - -

9、- 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 13 页图题解： 1G100186V200100V2DnGSt12.62GSWIkVVVVL2.4VSGGSVVV3.75SDQVRkI(2) DmOV20.8IgmsV，忽略厄尔利效应ovmDLi/ /4.8vAgRRviiGi(100200)10vRRkkMioD10RRk 3mDLovim/ /1gRRvAvgRiiGi(100200)10vRRkkMioD10RRk4.10 共源放大电路如图题所示，已知MOSFET 的 nCoxW/2L =2，t2VV，o80kr，各电容对信号可视为短路，试求：1静态 IDQ、VGSQ和 VD

10、SQ；2Av、Ri和 Ro。2Vss(-30V)图题解： 10GV，30302GSSDSDVVI RI考虑到放大器应用中，场效应管应工作在饱和区，则有：2DnGSt12WIkVVL代入上式可得：2DD291960II精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 13 页解得D118.25mAI，D210.75mAI，当D118.25mAI时场效应管截止。因 此 ，DD210.75mAII，GS302*10.758.5VV，D30210.758.5VV，DS8.5( 8.5)17VV(2) DmOV211.33.34.7IgmsV，忽略

11、厄尔利效应mDLovim/ /0.871gRRvAvg RiiGi1vRRMioD2RRk4.11 对于图题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。Vt图题解： 13VGSV假设该 JFET 工作在饱和区，则有2GSDDSSt11.1DVIIImAV(2) 0VSV，162.213.58DDVIV ，3VGV4.12 对于图题所示的分压偏置电路，VD=9V ，求：1ID；2VS和 VDS；3VG和 VGS。Vt图题G110202.16V110910V，GSGSD2.161.1VVVI2GSDDSSt13.318.01(DVIIImAmAV或舍去）则G

12、SGSD2.161.1VVVI=-1.48V, 则D1.13.64SVIVDSS(202.2)3.649.07DDVVVIV精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 13 页4.13 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Vt=，nk (W/L2，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iRsigvOviigsvgsmvgLRDRor解：等效电路如下图GSD1510DSDVVVI2DnGSt11.061.72(2DWIkVVImAmAL或舍去）则GS4.

13、4DVVVDmOV20.725IgmsV因10GRM，其上的交流电流可以忽略，则ovmDLi/ / /3.3ovAgrRRv为了计算输入电阻，先考虑输入电流此处也可用密勒定理，14.3oiioiiGGiGvvvvviRRvRiii2.334.3GRvRMi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DSGStvvV ， 即min)(max)DSGStvvV（0.34DSviGSitiVA vVvVvV4.14 考虑图题所示的FET 放大器， 其中，Vt= 2V ，nk (W/L)=1mA/V2， VGS= 4V ， VDD= 10V ，以及 RD。1求直流分量ID和 VD；2计算偏

14、置点处的gm值；3计算电压增益值Av；4如果该 MOSFET 有=-1，求偏置点处的ro以及计算源电压增益Avs。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 13 页图题解： 12DnGSt122DWIkVVImAL则2.8DDDDDVVIRV2DmOV22IgmsV3ovmDi7.2vAg Rv4oD150rkIivsvisig/ /7.2mDoRAAgRrRR4.15 图题所示为分压式偏置电路，该晶体管有Vt= 1V ，nk (W/L)=2mA/V2。1求 ID、VGS；2如果 VA= 100V ，求 gm和 ro；3假设对于信

15、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。图题解： 1假设该电路工作在饱和区，则有G5155V105V，GSGSD53VVVI2DnGSt112DWIkVVImAL，则GSGSD532VVVIV(2) DmOV22IgmsV，oD100AVrkI(3) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 13 页iRsigvOviviioRgsvgsmvg0gi10ksigRor10M5M7.5k4iiG1G2Gi/ /3.33vRRRRMisigLtooD0t/ /1

16、00/ /7.57vRvRrRkkkioovmoDLi/ / /8.2gsvvAgrRRvvGivvmoDLisigGsig/ / /2.03osigvRRGAgrRRvRRRR4.16 设计图题所示P 沟道 EMOSFET 电路中的RS、RD。要求器件工作在饱和区，且 ID= ，VDS= - ，G2VV。已知 pCoxW/(2L) =2，Vt= -1V ，设= 0。( 5 )DDVVSRDR2GR1GRov图题解：2DnGSt122GSWIkVVVVLSG4GSVVVV5DSSDDDDVVVRkII2DDSSDVVRkI精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -

17、- - - - -第 9 页，共 13 页4.17 在图题电路中，NMOS 晶体管有 |Vt| = ，VA= 50A ，nk (W/L2并且工作在VD=2V 。电压增益 vo/vi为多少？假设电流源内阻为50k，求iR 、oR 。图题解：iRsigvOviioRgsvgsmvgLRDRor由电路结构可知，该场效应管工作在饱和模式AGDDV =V=2V,I =I=50022*5000.91/,100k20.9DAmoOVDIVAgmA V rVI因10GRM，其上的交流电流可以忽略，则ovmLi/8.27ovAgrRvsigLtoo0t/50k/ /33GvRvRrRki为了计算输入电阻，先考虑

18、输入电流此处也可用密勒定理，19.27oiioiiGGiGvvvvviRRvRiii1.089.27GRvRMi4.18 对于图题所示的共栅极电路，2/mgmA V：1确定 Av和 Gv；2RL变为，计算 Av和 Avs，并说明RL的变化对电压增益有何影响；3Rsig变为RL为 ，计算 Av和 Avs，说明 Rsig的变化对电压增益有何影响。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 13 页SV+-sigR1k?iVF6.51.2k?4.7k?F6. 53.3k?18VOV-18V图题 4.13.解： 1等效电路如以下图所示mg

19、sDLovmDLigs/g vRRvAgRRvviiim1/0.35SvRRkigivvisig0.353.8810.351RGARR(2) RL变为时，mgsDLovmDLigs/g vRRvAgRRvvivsvisig0.353.880.390.351RAARR假设 RL减小，则Av和 Avs均减小，反之亦然。（3）Rsig变为RL为时，mgsDLovmDLigs/ / /3.88g vRRvAgRRvvivsvisig0.353.881.60.350.5RAARR假设Rsig变减小，则Av不变， Avs增加。反之亦然。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -

20、 - - - - -第 11 页，共 13 页4.19 计算图题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10k，计算其负载电压。已知结型场效应管10,4DSStImA VV ，输入信号电压有效值为 10mV 。ivovF05.03.3M ?680?F100F05.02.4k?2.4k?680?3.3M ?F100F05.0( 20)DDVV( 20)DDVV图题解： 1两级放大器具有相同的直流偏置。0GV，0.68GSSDSDVVIRI考虑到放大器应用中，场效应管应工作在饱和区，则有：2GSDDSSt13.318.01(DVIIImAmAV或舍去）代入上式可得

21、：2DD0.2894.4100II解得D2.8mAI，GS0.682.81.9VV，(2) DmOV25.62.62.1IgmsV，由于第二级没有负载，则v26.24mDAg R对于第一级放大器，2.4/ /3.32.4kMk，可得到相同的增益则级联放大器的增益为v1238.4vvAA A输出电压为38.410384ovivA vmViiGi3.3vRRMioD2.4RRk负载 10k两端的输出电压为103843102.4 10LLoOLRvvmVRR4.20 图题所示电路中的MOSFET 有 Vt= 1V ，nk (W/L)=2， VA= 40V ，G10RM，35SRk，35DRk。1求静

22、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500k的信号源， 节点 Y 接到 40k的负载电阻， 求从信号图题精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 13 页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G0VV，GSGSD535SVVVVI2DnGSt10.12DWIkVVImAL，则GSGSD5351.5VVVIV(2) DmOV20.4IgmsV，400AoDVrkI(3) 为共源电路，交流小信号等效电路如下：iii10GvRRMisigLtoo0t/32DvRvRrRkiovmLi/ /7.13oDvAgrRRvivvisig100007.136.7910000500RGARR(5)为共漏放大器，等效电路如下ooviom/ /0.931/ /SSvrRAvrRgoom1/ /2.32SRrRkg精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 13 页