模擬電子電路基礎(chǔ)答案(胡飛躍)第四章答案

4.1簡(jiǎn)述耗盡型和增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的區(qū)別：對(duì)于適當(dāng)?shù)碾妷浩?Fns'OV,%S>W)，畫出P溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)要說明溝道、電流方向和產(chǎn)生的耗盡區(qū)，并簡(jiǎn)述工作原理。解：耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管在制適過程中預(yù)先在襯底的頂部形成了一個(gè)溝道，連通了源區(qū)和漏區(qū)，也就是說，耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管不用外加電壓產(chǎn)生溝道。而增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管需要外加電壓產(chǎn)生溝道。金屬軟化層金屬(D)源極(S)(D)源極(S)甘底極⑻<3)隨著？SG逐漸增大，柵極下而的襯底表而會(huì)積聚越來越多的空穴，當(dāng)空穴數(shù)量達(dá)到一定時(shí)，柵極下而的襯底表而空穴濃度會(huì)超過電子濃度，從而形成了一個(gè)“新的P型區(qū)它連接源區(qū)和漏區(qū)。如果此時(shí)在源極和漏極之間加上一個(gè)負(fù)電壓卩”，那么空穴就會(huì)沿著新的P型區(qū)定向地從源區(qū)向漏區(qū)移動(dòng)，從而形成電流，把該電流稱為漏極電流，記為匚。當(dāng)冬G一定，而*D持續(xù)增大時(shí)，則相應(yīng)的減小，近漏極端的溝道深度進(jìn)一步減小，直至心0=叫，溝道預(yù)夾斷，進(jìn)入飽和區(qū)。電流山不再隨乜D的變化而變化，而是一個(gè)恒定值。4.2 考慮一個(gè)N溝道MOSFET,其《：=50山審\巳Vt=l\\以及W/L=1Q.求下列情況下的漏極電流：Vgz=5V且Fbs=lV：Vgs=2V且Fbs=1.2V；Fhs=O.5V且心=0?2MF6s=^ds=5Vo根據(jù)條件臨論<(匕一叫)，該場(chǎng)效應(yīng)管工作在變阻區(qū)。zd= vgs-vt)vds-1vds=L75mA根據(jù)條件vGS>Vt,vD3>^GS-V/),該場(chǎng)效應(yīng)管工作在飽和區(qū)。，D=*：片(》GS-K)'=0.25mA根據(jù)條件vGS<Vt，該場(chǎng)效應(yīng)管工作在截止區(qū)，咕=0⑷根據(jù)條件1&>(】&一叫)，該場(chǎng)效應(yīng)管工作在飽和區(qū)/D=|^Y-(VGS-^)2=4niA4.3由實(shí)驗(yàn)測(cè)得兩種場(chǎng)效應(yīng)管具有如圖題4.1所示的輸出特性曲線，試判斷它們的類型，并確定夾斷電壓或開啟電壓值。

圖題4」圖題4」圖(a)P溝道耗盡型圖(b)P溝道增強(qiáng)型4.4一個(gè)NNIOS晶體管有％=1V。當(dāng)K>s=2V時(shí)，求得電阻小s為lkQ。為了使es=500G,則為多少？當(dāng)晶體管的爐為原爐的二分之一時(shí)，求其相應(yīng)的電阻值。解：由題日可知，該晶體管工作在變阻區(qū)，則有/D?^^(vGS-Vt)PDS當(dāng)6s=lS時(shí)，代入上式可得k^=lmA/v2當(dāng)晶體管的爐為原W的二分之一時(shí)，當(dāng)Fgs=2V時(shí)，「Ds=2kG當(dāng)晶體管的爐為原W的二分之一時(shí)，當(dāng)Fgs=3V時(shí)，ms=噸4.5(1)畫出P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)。漏極和源極之間加上適當(dāng)?shù)钠?，畫出Fhs=OV時(shí)的耗盡區(qū)，并簡(jiǎn)述工作原理。解：(1)

屋盡層/\--P型S4.6用歐姆表的兩測(cè)試棒分別連接JFET的漏極和源極，測(cè)得阻值為凡，然后將紅棒(接負(fù)電壓)同時(shí)與柵極相連，發(fā)現(xiàn)歐姆表上阻值仍近似為皿，再將黑棒(接正電壓)同時(shí)與柵極相連，得歐姆表上阻值為慮2,且RP>R“試確定該場(chǎng)效應(yīng)管為N溝道還是P溝道。解：％<0時(shí)，低阻抗，憶>0時(shí)，高阻抗，即咗<0時(shí)導(dǎo)通，所以該管為P溝道JFET。4.7在圖題4.2所示電路中，晶體管VT】和VT?有P；=1V,工藝互導(dǎo)參數(shù)QmOOpA/、％假定2=0,求下列情況下5、冬和冬的值：(1)MZ)i=(MZ)2=20；

可求得：Iln=60//A,/D2=40//A則有％=5V-IDix20m=3.8V,K=5V-ID2x20RG=4.2V?.?咕”=-3.8以匕，4.2U<M可得汝電路兩管工作在飽和區(qū)。則有:黑任［(%-叮O￡s=1.245U4.8(1)(2)??匕=匕=4.8(1)(2)場(chǎng)效應(yīng)管放大器如圖題4.3所示。Q(MZ)=0.5mAW,Vt=2V計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)0;iooldII〉k』v$、RiI'lliooldII冬(-冬(-1ST圖題4.3(1)譏=0,??.％=-匕=18-/鳳=18-2/°解：考慮到放大器應(yīng)用中，場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)工作在飽和區(qū)，則有：/廠乂軟％-叮代入上式可得：/^-17/d+64=0解得ZD1=11.35mA,/D2=5.65mA,當(dāng)/D1=11.35mA時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管截止。因止匕，/D=/D：=5.65mA, V^S=18-11.3=6.7V, =18-2x5.65=6.7VV^=6.7-(-6.7)=13.4V弘三律=胃=2?伽s，忽略厄爾利效應(yīng)^ov4.7人=*=-弘(心/血)=736K=亠=Rq=LOOkClli=-3.96R/心=2kQ4.9圖題44所示電路中FET的Vt=IV,靜態(tài)時(shí)2DQ=0.64niA,R；(^Z)=0.5niA(V2求:源極電阻R應(yīng)選多大？電壓放大倍數(shù)兒?、輸入電阻尺、輸出電阻凡；若C3虛焊開路，則出?、&、凡為多少？圖題4.4解：(1)V-18x^0_=+6VX#：軟％-叮=>%=2.6財(cái)匕=5%=2?4VR=匕-=3.7581DQ21(2)g血三瀘=0?8〃m,忽略厄爾利效應(yīng)^ov4=1=-飭(心/傀)=-4?8&=3=心+(loomII200kQ)Q10MQlir。*/?D=iom(3) fJc人 1+g討&=3=心+(loomII200kQ)Q10MQlir。*/?D=iom4.10共源放大電路如圖題4.5所示，已知MOSFET的“￡“冊(cè)2厶=0.25niA-V\Vt=2V,%=80kQ,各電容對(duì)信號(hào)可視為短路，試求：靜態(tài)Zdq、Pgsq和％sq；Av.R和&。圖題4.5解：(1)譏=0,?％$=-匕=30-/鳳=30-20考慮到放大器應(yīng)用中，場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)工作在飽和區(qū)，則有:代入上式可得：/S-29/D+196=0

解得ZD1=18.25mA,/D2=10.75mA,當(dāng)ZD1=18.25mA時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管截止。因此，心=/小=1075mA, ^=30-2*10.75=8.5￥, =30-2x10.75=8.5V,=8.5-(-&5)=17U7/⑵gm三嚴(yán)二F7/⑵gm三嚴(yán)二Fov=捋=3.3加，忽略厄爾利效應(yīng)=0.871+g討&=亠=Rg=1MOkR嚴(yán)Rd=2kC4.11對(duì)于圖題4.6所示的固宦偏置電路:（1） 用數(shù)學(xué)方法確定Zdq和rGSQ：（2） 求％. 農(nóng)的值。圖題4.6解：（1）%=-3V假設(shè)該圖題4.6解：（1）%=-3V假設(shè)該JFETT作在飽和區(qū),則有/d=/dss[1-^]*=1.lniA(2)叫=0V, =16-2.2x/p=13.58V, =-3V4.12對(duì)于圖題4.7所示的分壓偏置電路，F(xiàn)b=9V,求:Zd：冬和Fi>s：仏和Fhso%譏一匕=2%譏一匕=2?16-1仏AyVID=/DSS1—耆 二>/°=3.31mA或8.01機(jī)4(舍去)\人丿貝IJ%=嶺一匕=2?16—1?1/d二1.48V；貝Ijv^.=1.1/D=3.64V%=匕一匕=(20-2?2/°)—3?64=9.07V4.13如圖題4.8所示,求該放大器電路的小信號(hào)電壓增益、輸入電阻和最大允許輸入信號(hào)。該聶體管有FJ=1.5V,k：（MZ）=0.25mAW,以=50A°假定耦合電容足夠大使得在所關(guān)注的信號(hào)頻率上相當(dāng)于短路。解：等效電路如圖所示％=%=匕=15-10心/D=|^學(xué)（％_匕$=>心=1.06niA或1.72曲（舍去）ZX-/貝IJ%=5=4.4V2/昭三丁_0?725加、ov因心=10MG,其上的交流電流可以忽略，則人=[=一弘（：/傀//心）=一3?3為了計(jì)算輸入電阻，先考慮輸入電流（此處也可用密勒定理），A鬻嘿氣卜琉&=A=^=2.33MG￡ 4.3最大允許輸入信號(hào)需根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管工作在飽和區(qū)條件來確定，即VDS-VGS一X，即VD5iminj=VG5（m3X）-XV“s-Av,.=么+vr._X 匕=0.34V4.14考慮圖題4.9所示的FET放大器，其中，Vx=2\\（FEZ）=lniAV2,%s=4V,VDD=10V,以及^D=3.6kQ,（1） 求直流分量Zd和Fb：（2） 計(jì)算偏置點(diǎn)處的gm值：（3） 計(jì)算電壓增益值小：（4） 如果該MOSFET有2=0.01\廠】，求偏置點(diǎn)處的門以及計(jì)算源電壓增益

J'hl)It'(i>J'hl)It'(i>圖題4.9解:(1)/D=|y(V^s-V；)2=>ID=2/zzA則5=%°—G心=2.820/⑵gm三y=2庶Vov￡=J=一舘心=-7?2口=丄=508/l/dRA.=R_'rA-=-Sm(心/億)u7.24.15圖題4.10所示為分壓式偏星電路，該晶體管有X=1V,R：(函Z)=2mA八巳求Zd、Fhs:如果Fk=100V,求gm和心假設(shè)對(duì)于信號(hào)頻率所有的電容相當(dāng)于短路，畫出該放大器完整的小信號(hào)等效電路;圖題410解：(1)假設(shè)該電路工作在飽和區(qū)，則有Vg=15x10T5=+5V，吩%=5-3/d=>/°二1曲,則Vos=Vo-^=5-3Zd=2V⑵gm三律= =VOV yD

o%o%(4)R=^-=RqJ/RG2=Rg=3.33MG(4)=ro//RD=ro//RD=100￡G//7?5K2=7kG%=oZ?l=8°Av計(jì)一弘億//心//心)=-&2VSSGvrTr~人=-R^R~弘心f/企戶2.03Gv1 Sig G Sig4.16設(shè)計(jì)圖題4.11所示P溝道EMOSFET電路中的Rs、Ry要求器件工作在飽和區(qū)，且；D=0.5mA,Fbs=-1.5V, =2Vo已知“pC“網(wǎng)(2Z)=0.5mAW,%=-1口設(shè)幾=0“解：/D=#垮(％-叮 2V叫十％=4卩心=単=耳冬=5RQV一卩&=半丄=2M14.17在圖題4.12電路中，NMOS晶體管有網(wǎng)=0.9V,P\=50A, （FEZ）=0.25inA/V2并且工作在Vd=2\\電壓增益必他為多少？假設(shè)電流源內(nèi)阻為50kQ,求心、Z出電路結(jié)構(gòu)可知，該場(chǎng)效應(yīng)管工作在飽和模式匕二人二2V,Id=I=500/Mgnl=歸=2* 八=0.91mA/▼<=%=100k<l& 2-0.9 ID因心=10MG,其上的交流電流可以忽略，則人=扌=-舫億/程）=-&27*iR°=A =r0//50kQ///^=33kQZcJ?0為了計(jì)算輸入電阻，先考慮輸入電流（此處也可用密勒定理）,V—V.V-(V V.為igg4.18對(duì)于圖題4.13所示的共柵極電路，gm=2niA/V：（1） 確定4?和G?；（2） Rl變?yōu)?.2kQ,計(jì)算4?和2?并說明&的變化對(duì)電壓增益有何影響：（3）變?yōu)?.5kQ（Rl為4.7kQ）,計(jì)算￡和說明的變化對(duì)電壓增益有何影響。

RnS

I~

lkQ18VIF4.7kO1.2kQRnS

I~

lkQ18VIF4.7kO1.2kQ?18V圖題4.13.&=戈=丄〃Rs=0?35ROkgmGv=—8一A=-^-3.88=1&+?g°巧+1⑵Rl變?yōu)?.2kQ時(shí)，A=^=一'張％心)=gg(心//坨)=1.52* ■丄1若Rl減小,則丘?和不均減小，反之亦然。(3) R礙變?yōu)?.5kQ(Rl為4.7kQ)時(shí)，vi 一牟A.=vi 一牟A.=—冬—4=—2^1^3.88=1.6

￡+? 035+0.5若&增變減小，則丘?不變，?抵增加。反之亦然。4.19計(jì)算圖題4.14所示的級(jí)聯(lián)放大器的直流偏置.輸入電阻、輸岀電阻及輸出電壓。如果輸出端負(fù)載為10kQ,計(jì)算其負(fù)載電壓。已知結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管—輸入信號(hào)電壓有效值為lOmVo%(+20U)%(+20U)2.4kQ4.19計(jì)算圖題4.14所示的級(jí)聯(lián)放大器的直流偏置.輸入電阻、輸岀電阻及輸出電壓。如果輸出端負(fù)載為10kQ,計(jì)算其負(fù)載電壓。已知結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管—輸入信號(hào)電壓有效值為lOmVo%(+20U)%(+20U)2.4kQT—0.05“尸2.4kQ II0.05“尸0.05〃尸。~IIV；3.3MQ680Q_ioo//5r3.3MQ680Q±100“尸圖題4.14解：（1）兩級(jí)放大器具有相同的直流偏置。???比=0,???％二-叫0?68/°考慮到放大器應(yīng)用中，場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)工作在飽和區(qū)，則有：/D=/DSS（1—器I=>/d=3.3 或&0MA（舍去）代入上式可得：0.289/5-4.4/D+10=0解得/d=2?8hiA,%=-0?68x2?8=-l?9V,⑵gm= =yy=2.6ms,由于第二級(jí)沒有負(fù)載，則Ac心=-6?24對(duì)于第一級(jí)放大器，2.4m//3.3MQ?2.4m,可得到相同的增益則級(jí)聯(lián)放大器的增益為4=A1A:=38.4輸出電壓為叫=A.V/=38.4x10=384/nV&=亠=Rq=3.3MGR°%Rd=2AkC）負(fù)載lOkQ兩端的輸出電壓為趙瓦/懸珈=3伽V4.20圖題4.15所示電路中的MOSFET有X=1V,(FEZ)=0.8niAV2,P\=40\\/?g=10MG,Rs=35kQ.9RD=35kQ.o（1） 求靜態(tài)工作點(diǎn)Zdq、％sq；（2） 求偏置點(diǎn)的gm和廠