模電第四章答案

1、第四章 習(xí)題解答4-1 如題4-1圖所示MOSFET轉(zhuǎn)移特性曲線，說(shuō)明各屬于何種溝道？若是增強(qiáng)型，開(kāi)啟電壓等于多少？若是耗盡型，夾斷電壓等于多少？答：（a）P-EMOSFET，開(kāi)啟電壓（b）P-DMOSFET，夾斷電壓（或統(tǒng)稱為開(kāi)啟電壓（c）P-EMOSFET，開(kāi)啟電壓（d）N-DMOSFET，夾斷電壓（或也稱為開(kāi)啟電壓4-2 4個(gè)FET的轉(zhuǎn)移特性分別如題4-2圖(a)、(b)、(c)、(d)所示。設(shè)漏極電流iD的實(shí)際方向?yàn)檎噯?wèn)它們各屬于哪些類型的FET？分別指出iD的實(shí)際方向是流進(jìn)還是流出？答：（a）P-JFET，的實(shí)際方向?yàn)閺穆O流出。（b）N-DMOSFET，的實(shí)際方向?yàn)閺穆O流進(jìn)。

2、（c）P-DMOSFET，的實(shí)際方向?yàn)閺穆O流出。（d）N-EMOSFET，的實(shí)際方向?yàn)閺穆O流進(jìn)。4-3 已知N溝道EMOSFET的nCox=100A/V2，VGS(th)=0.8V，W/L=10，求下列情況下的漏極電流：（a）VGS=5V，VDS=1V； （b）VGS=2V，VDS=1.2V；（c）VGS=5V，VDS=0.2V； （d）VGS=VDS=5V。解：已知N-EMOSFET的（a）當(dāng)時(shí)，MOSFET處于非飽和狀態(tài)（b）當(dāng)時(shí)，MOSFET處于臨界飽和（c）當(dāng)時(shí)，MOSFET處于非飽和狀態(tài)（d）當(dāng)時(shí)，MOSFET處于飽和狀態(tài) 4-4 N溝道EMOSFET的VGS(th)=1V，nC

3、ox（W/L）=0.05mA/V2，VGS=3V。求VDS分別為1V和4V時(shí)的ID。解：（1）當(dāng)時(shí)，由于 即，N-EMOSFET工作于非飽和區(qū) （2）當(dāng)時(shí)，由于，N-EMOSFET工作于飽和區(qū) 4-5 EMOSFET的VA=50V，求EMOSFET工作在1mA和10mA時(shí)的輸出電阻為多少？每種情況下，當(dāng)VDS變化10%（即VDS/VDS=10%）時(shí)，漏極電流變化（ID/ID）為多少？解：（1）當(dāng)，時(shí)當(dāng)，時(shí) （2）當(dāng)變化10%時(shí)，即 由于（對(duì)二種情況都一樣）或者：由于4-6 一個(gè)增強(qiáng)型PMOSFET的pCox（W/L）=80A/V2，VGS(th)=1.5V，=0.02V-1，柵極接地，源極接+

4、5V，求下列情況下的漏極電流。(a) VD=+4V； (b) VD=+1.5V； (c) VD=0V； (d) VD=5V；解：根據(jù)題意，P-EMOSFET導(dǎo)通 （a）當(dāng)時(shí)，由于此時(shí) P-EMOSFET處于非飽和狀態(tài) （b）當(dāng)時(shí)，此時(shí) P-EMOSFET處于臨界飽和狀態(tài) （c）當(dāng)時(shí)，即，P-EMOSFET處于飽和狀態(tài) （d）當(dāng)時(shí)， 即，P-EMOSFET處于飽和狀態(tài) 4-7 已知耗盡型NMOSFET的nCox（W/L）=2mA/V2，VGS(th)=3V，其柵極和源極接地，求它的工作區(qū)域和漏極電流（忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)）。(a) VD=0.1V； (b) VD=1V； (c) VD=3V； (

5、d) VD=5V；解：根據(jù)題意，則，（a）當(dāng)時(shí)， N-DMOSFET工作于非飽和區(qū)（或三極管區(qū)） （b）當(dāng)時(shí)， N-DMOSFET工作于非飽和區(qū) （c）當(dāng)時(shí)， N-DMOSFET工作于臨界飽和狀態(tài)，由于忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，則 （d）當(dāng)時(shí)， N-DMOSFET工作于飽和區(qū)，由于忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，則4-8 設(shè)計(jì)題4-8圖所示電路，使漏極電流ID=1mA，VD=0V，MOSFET的VGS(th)=2V，nCox=20A/V2，W/L=40。解：由于 則 又由于 ，MOSFET處于飽和工作區(qū) 且， 則 代入數(shù)據(jù)得： 得 因?yàn)椴环项}意，舍去 又 則 得4-9 題4-9圖所示電路，已知nCox（W

6、/L）=200A/V2，GS(th)=2V，A20V。求漏極電壓。解：已知， （a）由于，MOSFET導(dǎo)通，假設(shè)MOSFET工作于飽和區(qū)，則 由于，說(shuō)明MOSFET確實(shí)工作在飽和區(qū)，假設(shè)成立。（b）由于，MOSFET導(dǎo)通，假設(shè)MOSFET工作于飽和區(qū)。則 即 由于，說(shuō)明MOSFET確實(shí)工作在飽和區(qū)，假設(shè)成立。（c）由于，MOSFET導(dǎo)通。假設(shè)MOSFET工作于飽和區(qū)。則 即 由于，說(shuō)明MOSFEE確實(shí)工作在飽和區(qū)，假設(shè)成立。4-10 在題4-10圖所示電路中，假設(shè)兩管n，Cox相同，VGS(th)=0.75V，ID2=1mA，若忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，并設(shè)T1管的溝道寬長(zhǎng)比（W/l）是T2管的5

7、倍。試問(wèn)流過(guò)電阻R的電流IR值。解：根據(jù)題意，T1、T2兩管的、Cox相同，忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，由于工作于飽和區(qū)，設(shè)T2也工作于飽和區(qū)，則則 4-11 在題4-11圖所示電路中，已知P溝道增強(qiáng)型MOSFET的，VGS(th)= 1V，并忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)。（1）試證：對(duì)于任意RS值，場(chǎng)效應(yīng)管都工作在飽和區(qū)。（2）當(dāng)RS為12.5k時(shí)，試求電壓VO值。解：已知P-EMOSFET的 忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng) （1）證：由于 在任意RS值時(shí)均成立 因此，對(duì)于任意Rs值，P-EMOSFET均工作在飽和區(qū)。 （2）當(dāng)時(shí)，4-12 已知N溝道增強(qiáng)型MOSFET的n=1000cm2/V·s，Cox

8、=3×10-8F/cm2，W/L=1/1.47，|VA|=200V，VDS=10V， 工作在飽和區(qū)，試求：（1）漏極電流IDQ分別為1mA、10mA時(shí)相應(yīng)的跨導(dǎo)gm，輸出電阻rds 。（2）當(dāng)VDS增加10%時(shí)，IDQ相應(yīng)為何值。（3）畫(huà)出小信號(hào)電路模型。解：根據(jù)題意 ，N-EMOSFET工作在飽和區(qū) （1）當(dāng)漏極電流為時(shí) 跨導(dǎo) 輸出電阻 當(dāng)漏極電流為時(shí)跨導(dǎo) 輸出電阻 （2）當(dāng)增加10%時(shí) 由于 則 如果原來(lái)為1mA，增加10%時(shí)，如果原來(lái)為，增加10%時(shí)，（3）小信號(hào)電路模型為4-13 在題4-13圖所示電路中，已知增強(qiáng)型MOSFET的pCoxW/(2L)=80A/V2，VGS(t

9、h)=1.5V，溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)忽略不計(jì)，試求IDQ、VGSQ、VDSQ、gm、rds值。解：已知P-EMOSFET的 忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，則 則 解方程得： 由于時(shí) 不符合題意，舍去。 4-14 雙電源供電的N溝道增強(qiáng)型MOSFET電路如題4-14圖所示，已知VGS(th)=2V，n Cox=200A/V2，W=40m，L =10m。設(shè)=0,要求ID=0.4mA，VD=1V，試確定RD、RS值。解：由于，則又由于，MOSFET處于飽和工作區(qū)且，則代入數(shù)據(jù)得： 因?yàn)椴环项}意，舍去又，則得4-15 一N溝道EMOSFET組成的電路如題4-15圖所示，要求場(chǎng)效應(yīng)管工作于飽和區(qū)，ID=1mA，V

10、DSQ=6V，已知管子參數(shù)為nCoxW/(2L)=0.25mA/V2，VGS(th)=2V，設(shè)=0，試設(shè)計(jì)該電路。解：根據(jù)題意，N-EMOSFET工作于飽和區(qū)， 則代入數(shù)據(jù)： 由于不符合題意，舍去又由于，則在本題中取標(biāo)稱電阻值，則可取，4-16 設(shè)計(jì)題4-16圖所示電路，要求P溝道EMOS管工作在飽和區(qū)，且ID= 0.5mA，VD=3V，已知p Cox W/(2L)=0.5mA/V2，VGS(th)=1V，=0。解：根據(jù)題意，P-EMOSFET工作于飽和區(qū)（0，0），則 代入數(shù)據(jù)得： 由于不符合題意，舍去由于要求P-EMOSFET工作于飽和區(qū)，即要求 即在本題中取，則由于 又由于，則4-17

11、基本鏡像電流源電路如題4-17圖所示，對(duì)于以下情況，求出電流比I0/IREF：(a) L1 =L2，W2=3W1； (b) L1 =L2，W2=10W1；(c) L1 =L2，W2=W1/2； (d) W1= W2，L1 =2L2；(e) W1= W2，L1 =10L2； (f) W1= W2，L1 =L2/2；(g) W2=3W1 ，L1 =3L2。解：根據(jù)基本鏡像電流源的關(guān)系式（式3-3-4）（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）4-18 題4-18圖所示為P溝道JFET構(gòu)成的電流源電路，設(shè) IDSS=4mA，VGS（off）=3V，要求ID=2mA，試確定RS的值。解：根據(jù)

12、題意，P-JFET的，要求，則根據(jù)P-JFET在飽和工作時(shí)的特性 代入數(shù)據(jù)得： 解方程得：， 由于，不符合題意，舍去 又由于 4-19 一個(gè)N溝道EMOSFET的n Cox=20A/V2，VGS(th)=1V ， L=10m，在ID=0.5mA時(shí)的gm=1mA/V，求這時(shí)的W值和VGS值。解：根據(jù)題意，N-EMOSFET的，在時(shí)的 （1）根據(jù)式（3-1-11）得： 得： （2）根據(jù)得 由于不合題意，舍去 4-20 題4-20圖所示共源放大電路，RG1=300k，RG2=100k，RG3=1M，RD=2k，RS1=1k，RS2=1k，IDSS=5mA，VGS（off）=4V，VDD=12V。求直

13、流工作點(diǎn)VGSQ、VDSQ和IDQ，中頻段電壓放大倍數(shù)Av，輸入電阻Ri和輸出電阻Ro 。解：根據(jù)題意， 則 （ID的單位用mA） 假設(shè)N-JFET工作于飽和區(qū)，則 解方程得：， 由于不符合題意，舍去 小信號(hào)模型參數(shù)為 可畫(huà)出電路的交流小信號(hào)等效電路為：4-21 如題4-21圖所示電路，寫(xiě)出電壓增益Av和Ri、Ro的表達(dá)式。解：根據(jù)原理電路可畫(huà)出電路的交流小信號(hào)等效電路如下：圖中作為N-JFET的輸出端負(fù)載電阻， 又 則 其中4-22 在題4-22圖所示電路中，N溝道EMOSFET的VGS(th)=0.9V，VA=50V，工作點(diǎn)為VD=2V，求電壓增益VO/Vi為多少？當(dāng)I增加到1mA時(shí)的VD

14、和電壓增益為多少？解：（1）根據(jù)題意， 電路交流小信號(hào)等效電路如下（很大，電路中忽略） （2）當(dāng)I增加到1mA時(shí)，漏極電流記作，柵源電壓記作，則 ， 則 此時(shí)的 電壓增益4-23 設(shè)計(jì)題4-23圖所示電路。已知EMOSFET的VGS(th)=2V，n Cox（W/L）=2mA/V2，VDD=VSS=10V。要求在漏極得到2VP-P的電壓，設(shè)計(jì)直流偏置電流為1mA時(shí)電路達(dá)到最大的電壓增益（即最大的RD）。假定MOSFET的源極信號(hào)電壓為零。解：根據(jù)題意，假定MOSFET的源極信號(hào)電壓為零，則要求 達(dá)到可能的最大值。 （1）先求。根據(jù)得 ，即 求得， 由于不合題意，舍去。 則 （2）再求，要求在漏極得到的信號(hào)電壓，即信號(hào)的幅值為1V。 由于正常工作時(shí)，要求MOSFET處于飽和狀態(tài)，則 又由于 則 為了使電壓增蓋達(dá)到最大，則可取最大值（3）柵極電阻可?。?-24、填空題試從下述幾方面比較場(chǎng)效應(yīng)管和晶體三極管的異同。（1）場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)電機(jī)理為 ，而晶體三極管為 。比較兩者受溫度的影響 優(yōu)于 。（2）場(chǎng)效應(yīng)管屬于 式器件，其G、S間的阻抗要 晶體三極管B、E間的阻抗，后者屬于 式器