模擬電子電路第4章答案.doc

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4.1 簡述耗盡型和增強型MOS場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的區(qū)別；對于適當(dāng)?shù)碾妷浩茫╒DS>0V，VGS>VT），畫出P溝道增強型MOS場效應(yīng)管，簡要說明溝道、電流方向和產(chǎn)生的耗盡區(qū)，并簡述工作原理。 解：耗盡型場效應(yīng)管在制造過程中預(yù)先在襯底的頂部形成了一個溝道，連通了源區(qū)和漏區(qū)，也就是說，耗盡型場效應(yīng)管不用外加電壓產(chǎn)生溝道。而增強型場效應(yīng)管需要外加電壓VGS產(chǎn)生溝道。 隨著VSG逐漸增大，柵極下面的襯底表面會積聚越來越多的空穴，當(dāng)空穴數(shù)量達(dá)到一定時，柵極下面的襯底表面空穴濃度會超過電子濃度，從而形成了一個“新的P型區(qū)”，它連接源區(qū)和漏區(qū)。如果此時在源極和漏極之間加上一個負(fù)電壓，那么空穴就會沿著新的P型區(qū)定向地從源區(qū)向漏區(qū)移動，從而形成電流，把該電流稱為漏極電流，記為。當(dāng)一定，而持續(xù)增大時，則相應(yīng)的減小，近漏極端的溝道深度進(jìn)一步減小，直至，溝道預(yù)夾斷，進(jìn)入飽和區(qū)。電流不再隨的變化而變化，而是一個恒定值。 4.2 考慮一個N溝道MOSFET，其=50μA/V2，Vt=1V，以及W/L=10。求下列情況下的漏極電流： （1）VGS=5V且VDS=1V； （2）VGS=2V且VDS=1.2V； （3）VGS=0.5V且VDS=0.2V； （4）VGS=VDS=5V。 (1) 根據(jù)條件，，該場效應(yīng)管工作在變阻區(qū)。 =1.75mA (2) 根據(jù)條件，，該場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)。 =0.25mA (3) 根據(jù)條件，該場效應(yīng)管工作在截止區(qū)， (4) 根據(jù)條件，，該場效應(yīng)管工作在飽和區(qū) =4mA 4.3 由實驗測得兩種場效應(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4.1 圖（a）P溝道耗盡型 圖 (b) P溝道增強型 4.4 一個NMOS晶體管有Vt=1V。當(dāng)VGS=2V時，求得電阻rDS為1kW。為了使rDS=500W，則VGS為多少？當(dāng)晶體管的W為原W的二分之一時，求其相應(yīng)的電阻值。 解：由題目可知，該晶體管工作在變阻區(qū)，則有 當(dāng)時，代入上式可得 則時， 當(dāng)晶體管的W為原W的二分之一時，當(dāng)VGS=2V時， 當(dāng)晶體管的W為原W的二分之一時，當(dāng)VGS=3V時， 4.5 （1）畫出P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)。 （2）漏極和源極之間加上適當(dāng)?shù)钠?，畫出VGS=0V時的耗盡區(qū)，并簡述工作原理。 解：（1） (2) 4.6 用歐姆表的兩測試棒分別連接JFET的漏極和源極，測得阻值為R1，然后將紅棒（接負(fù)電壓）同時與柵極相連，發(fā)現(xiàn)歐姆表上阻值仍近似為R1，再將黑棒（接正電壓）同時與柵極相連，得歐姆表上阻值為R2，且R2>> R1，試確定該場效應(yīng)管為N溝道還是P溝道。 解：時，低阻抗，時，高阻抗，即時導(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VT1和VT2有Vt=1V，工藝互導(dǎo)參數(shù)=100μA/V2。假定l=0，求下列情況下V1、V2和V3的值： （1）(W/L)1=(W/L)2=20； （2）(W/L)1=1.5(W/L)2=20。 圖題4.2 （1） 解：因為(W/L)1=(W/L)2=20；電路左右完全對稱，則 則有 ，可得該電路兩管工作在飽和區(qū)。則有： （2） 解：因為(W/L)1=1.5(W/L)2=20，，同時 可求得： 則有， ，可得該電路兩管工作在飽和區(qū)。則有： 4.8 場效應(yīng)管放大器如圖題4.3所示。(W/L)=0.5mA/V2， （1）計算靜態(tài)工作點Q； （2）求Av、Avs、Ri和Ro。 圖題4.3 解：（1）， 考慮到放大器應(yīng)用中，場效應(yīng)管應(yīng)工作在飽和區(qū)，則有： 代入上式可得： 解得，，當(dāng)時場效應(yīng)管截止。 因此，，，， (2) ，忽略厄爾利效應(yīng) 4.9 圖題4.4所示電路中FET的，靜態(tài)時IDQ=0.64mA，(W/L)=0.5mA/V2求： （1）源極電阻R應(yīng)選多大？ （2）電壓放大倍數(shù)Av、輸入電阻Ri、輸出電阻Ro； （3）若C3虛焊開路，則Av、Ri、Ro為多少？ 圖題4.4 解：（1） (2) ，忽略厄爾利效應(yīng) （3）=1.2 4.10 共源放大電路如圖題4.5所示，已知MOSFET的μnCoxW/2L=0.25mA/V2，，，各電容對信號可視為短路，試求： （1）靜態(tài)IDQ、VGSQ和VDSQ； （2）Av、Ri和Ro。 圖題4.5 解：（1）， 考慮到放大器應(yīng)用中，場效應(yīng)管應(yīng)工作在飽和區(qū)，則有： 代入上式可得： 解得，，當(dāng)時場效應(yīng)管截止。 因此，，，， (2) ，忽略厄爾利效應(yīng) 4.11 對于圖題4.6所示的固定偏置電路： （1）用數(shù)學(xué)方法確定IDQ和VGSQ； （2）求VS、VD、VG的值。 圖題4.6 解：（1） 假設(shè)該JFET工作在飽和區(qū)，則有 (2) ，， 4.12 對于圖題4.7所示的分壓偏置電路，VD=9V，求： （1）ID； （2）VS和VDS； （3）VG和VGS。 圖題4.7 ， 則=-1.48V, 則 4.13 如圖題4.8所示，求該放大器電路的小信號電壓增益、輸入電阻和最大允許輸入信號。該晶體管有Vt=1.5V，(W/L)=0.25mA/V2，VA=50A。假定耦合電容足夠大使得在所關(guān)注的信號頻率上相當(dāng)于短路。 圖題4.8 解：等效電路如圖所示 則 因，其上的交流電流可以忽略，則 為了計算輸入電阻，先考慮輸入電流（此處也可用密勒定理）， 最大允許輸入信號需根據(jù)場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)條件來確定， 即， 即 4.14 考慮圖題4.9所示的FET放大器，其中，Vt=2V，(W/L)=1mA/V2，VGS=4V，VDD= 10V，以及RD=3.6kW。 （1）求直流分量ID和VD； （2）計算偏置點處的gm值； （3）計算電壓增益值A(chǔ)v； （4）如果該MOSFET有l(wèi)=0.01V?1，求偏置點處的ro以及計算源電壓增益Avs。 圖題4.9 解：（1） 則 （2） （3） （4） 4.15 圖題4.10所示為分壓式偏置電路，該晶體管有Vt=1V，(W/L)=2mA/V2。 （1）求ID、VGS； （2）如果VA=100V，求gm和ro； （3）假設(shè)對于信號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等效電路； （4）求Ri、Ro、vo/vgs以及vo/vsig。 圖題4.10 解：（1）假設(shè)該電路工作在飽和區(qū)，則有 ， ，則 (2) ， (3) （4） 4.16 設(shè)計圖題4.11所示P溝道EMOSFET電路中的RS、RD。要求器件工作在飽和區(qū)，且ID=0.5mA，VDS=?1.5V，。已知μpCoxW/(2L)=0.5mA/V2，Vt=?1V，設(shè)l=0。 圖題4.11 解： 4.17 在圖題4.12電路中，NMOS晶體管有|Vt|=0.9V，VA=50A，(W/L)=0.25mA/V2并且工作在VD=2V。電壓增益vo/vi為多少？假設(shè)電流源內(nèi)阻為50kW，求、。 圖題4.12 解： 由電路結(jié)構(gòu)可知，該場效應(yīng)管工作在飽和模式 因，其上的交流電流可以忽略，則 為了計算輸入電阻，先考慮輸入電流（此處也可用密勒定理）， 4.18 對于圖題4.13所示的共柵極電路，： （1）確定Av和Gv； （2）RL變?yōu)?.2kW，計算Av和Avs，并說明RL的變化對電壓增益有何影響； （3）Rsig變?yōu)?.5kW（RL為4.7kW），計算Av和Avs，說明Rsig的變化對電壓增益有何影響。 圖題4.13. 解：（1）等效電路如下圖所示 =3.88 (2) RL變?yōu)?.2kW時，=1.52 若RL減小，則Av和Avs均減小，反之亦然。 （3） Rsig變?yōu)?.5kW（RL為4.7kW）時， 若Rsig變減小，則Av不變，Avs增加。反之亦然。 4.19 計算圖題4.14所示的級聯(lián)放大器的直流偏置、輸入電阻、輸出電阻及輸出電壓。如果輸出端負(fù)載為10kW，計算其負(fù)載電壓。已知結(jié)型場效應(yīng)管，輸入信號電壓有效值為10mV。 圖題4.14 解：（1）兩級放大器具有相同的直流偏置。， 考慮到放大器應(yīng)用中，場效應(yīng)管應(yīng)工作在飽和區(qū)，則有： 代入上式可得： 解得，， (2) ， 由于第二級沒有負(fù)載，則 對于第一級放大器，，可得到相同的增益 則級聯(lián)放大器的增益為 輸出電壓為 負(fù)載10kW兩端的輸出電壓為 4.20 圖題4.15所示電路中的MOSFET有Vt=1V，(W/L)=0.8mA/V2，VA=40V，，，。 圖題4.15 （1）求靜態(tài)工作點IDQ、VGSQ； （2）求偏置點的gm和ro值； （3）如果節(jié)點Z接地，節(jié)點X接到內(nèi)阻為500kW的信號源，節(jié)點Y接到40kW的負(fù)載電阻，求從信號源到負(fù)載的電壓增益、Ri、Ro。 （4）如果節(jié)點Y接地，求Z開路時從X到Z的電壓增益。該源極跟隨器的輸出電阻為多少？ 解：（1）該電路工作在飽和區(qū)，則有 ， ，則 (2) ， (3) 為共源電路，交流小信號等效電路如下： (5) 為共漏放大器，等效電路如下