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模拟电子电路基础答案第四章答案

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 W i 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)D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n k '=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 211.32.44.7I 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v Ov L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 =?。

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