模拟电子电路基础答案第四章答案.docx
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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HOS场效应管结构的区别:
对于适当的电压偏置(Es>OV,仏>%),画出P沟道增强型HOS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:
耗尽熨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入产生沟道。
氧化层
甘底WB)
(a)
随着役逐渐增人,栅极下面的衬底农闻会积聚越来越多的空穴,当空穴数量达到•定时,栅极下闻的衬底农闻空穴浓度会超过电犷浓度,从而形成了•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•个负电压bs,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,记为当咲•定,而l,SD持续增人时,则相应的1&;减小,近漏极端的沟道深度进-步减小,直至沟道预夹断,进入饱和区。
电流咕不再随的变化而变化,而是•个恒定值。
考虑•个N沟道MOSFET,其监二50uA/V\K=IV,以及疗Z=10。
求下列情况下的漏极电流:
(1)Ks=5V且仏二IV:
(2)=2V且仏二:
(3)Vis=JL=:
(4)Ks=^=5Vo
(1)根据条件vGS^V;,vDS<(vGS-V,),该场效应管工作在变阻区。
ZD=K7;[(VGS_Vt)VDS-|VDS=
(2)根据条件vGS^V;,vIJS>(yGS-Vl),该场效应管工作在饱和区。
(3)根据条件该场效应管工作在截止区,咕=0
(4)根据条件匕2«,%>(沧一«),该场效应管工作在饱和区B=4;学(心-%)SmA
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,并确宦夹断电压或开启电压值。
图(a)P沟道耗尽型图(b)P沟道增强型
•个NMOS晶体管有K=IV。
当沧二2V时,求得电阻氏为lk。
为了使ids=500,则吃为多少当晶体管的护为原护的二分之-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
当Gs=im时,代入上式可得总岁=1机4//
当晶体管的"•为原"•的二分之•时,当沧二2V时,张=2*0当晶体管的"•为原伊的二分之•时,当沧二3V时,仏=g
(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,画出匕=0V时的耗尽区,并简述工作原理。
解:
(1)
⑵
D
用欧姆农的两测试棒分别连接JFET的漏极和源极,测得阻值为&然后将红棒(接负电
压)同时与柵极相连,发现欧姆农上阻值仍近似为氏,再将黑棒(接正电压)同时与柵极相连,得欧姆农上阻值为足,且足>>氏,试确定该场效应管为N沟道还是P沟道。
解:
vGS<0时,低阻抗,匕>0时,高阻抗,即临<0时导通,所以该管为P沟道JFET。
在图题所示电路中,晶体管门\和皿有K=IV,工艺互导参数^=100uA/V\假定=0,求下列情况下%、%和%的值:
(1)(妙0=(*7£)2=20:
(2)(妙6=(»7L)z=20o
+5V
竹卩2
_VT(VT:
||
\\
OKHHiA
图题
(1)解:
因为(砂小=WL)z=20;电路左右完全对称,贝iJIDl=/D2=5O//^则有%=匕=5V-7nix20m=4V^
■■Vgd=-4V 则有: /°=$件(%-乍叫=】.22" ・・.匕=匕=-1.22V (2)解: 因为(»/£): =(疗£),二20,・・.*=1・5,同时/刖+/小=100“人可求得: /D1=60/M,ID2=40//A 则有%=5V-/D1x20m=3.8V,=5V-/D2x20m=4.2V ・・・匕刖=-3・8V<匕,•/VGD2=-4.2V 则有: 心=4;=匕s=1245U •・.匕=匕=一1.245" 场效应管放大器如图题所示。 k\(^£)=V2,V;=2V (1)计算静态工作点0; (2)求从、山、凡和爪。 "on(♦阳卄 島 2tn 心(-仞 图题 解: (1)叫=0,・•・%=-叫=18-皿=18-2/°考虑到放人器应用中,场效应管应工作在饱和区,则有: 代入上式可得: /;-17/D+64=0 解得d=ll・35mA,/D2=5.65mA,当/D1=11.35mA时场效应管截止。 因止匕,/D=/D2=5.65mA,%=18—11・3=6・7V,=18-2x5.65=6.7V \/^=6.7-(-6.7)=13.4V (2)弘三許=脣=2・4〃”,忽略厄尔利效应 *ov4/ 心=碁=-几(心//心)=-4.36 K=¥=他=ioos宀晟—.96 R。 乳=2kQ. 图题所示电路中FET的«=1V,静态时厶二,V(疗Z)用求: (1)源极电阻斤应选多人 (2)电压放人倍数凡、输入电阻止、输岀电阻凡: (3)若G虚焊开路,则4、&、丘为多少 图题 解: (1)^=18x2rao=+6V b=#;*(%-Xr=>%=2.6V 叫=匕一%=2・4V R=A=3.75S IDQ 21 (2)弘三严=°・8〃心忽略厄尔利效应 *ov 4=J=-gm(Rd//Rl)=-4.8 v K=丄=&;+(loom||2OORG)彩1OMC h R°aR°=10kQ (3)人=土=一几(“/严)= vl1+g" K=2=&;+(ioogi2oogMOMc ri Rq2Rd=10kQ 共源放人电路如图题所示,己知MOSFET的P312L=V\%=2V,心=80kQ,各电容对信号可视为短路,试求: (1)静态屁&和◎ (2)儿、氏和屁 解: (1)叫=0,••・%=-匕=30-朋•=30-2/°考虑到放人器应用中,场效应管应工作在饱和区,则有: 解得/Dl=18.25niA,/D2=10.75nV\,当ZDI=18.25mA时场效应管截止。 因此,ID=/D2=10.75nVk,%=30-2H0・75=8・5V,岭=30-2x10.75=8.5V, %=8・5—(一8・5)=17U 2/ ⑵弘三許二 vov =辱=3琢,忽略厄尔利效应 可_1+&討 =0.87 v 尽=土=他=1MG R°®R°=2kQ. 对于图题所示的固定偏置电路: (1)用数学方法确定A和 (2) 求%、%、比的值。 图题 解: ⑴%=-3V 假设该JFET匸作在饱和区,则有/d=/dss|1-器|*=1.1〃S (2)匕=0V,Vp=16-2.2x//? =13.58V,匕=-3V 对于图题所示的分压偏置电路,%=9V,求: (1)厶; (2)%和 (3)%和心 (4) 则匕s=匕一%=2」6—I•1匚=,贝IJ^=1.1/D=3.64V%=匕一匕=(20—2.2/d)-3.64=9.07V 如图题所示,求该放人器电路的小信号电压增益、输入电阻和最人允许输入信号。 该晶体管有K=,kg⑴#K=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 解: 等效电路如图所示%=乙=%=15-10/° =#厝(%_叮*=106曲或1・72机4(舍去)则Vgs=Vd=^4V 2/ g刖尹=0.725林 vov WRg=10MQ,其上的交流电流可以忽略,则 入=才=一舫(M心/程)=一3・3 为了计算输入电阻,先考虑输入电流(此处也可用密勒定理), R=2=^=2・33MGi}4.3 最人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VDS—VGS—%9即'Wnw=VGS(ma.v) %_人%=鸟+忙匕=>岭=0・刖 考虑图题所示的FET放人器,其中,K=2V,(#;a)=lmA/V%Ks=4V,=10V>以 及心。 (1)求直流分量厶和%: (2)计算偏置点处的和值: (3)计算电压增益值乩: (4)如果该MOSFET有二S求偏置点处的(以及计算源电压增益凡, 图题 解: (1)=#;¥(%-«)=2mA 则“%一皿=2・W (1) (2) (3) (4) ovo (3)代=#=_gm心=一7・2 (4)/•=^-=50m X/D R 如=7T汰;人=一几(心〃叮"2 图题所示为分压式偏置电路,该晶体管有K=IV,k;(/! /£)=2mA/V\ 如果K=100V,求佥和皿 假设对于信号频率所有的电容相当于短路,湎出该放人器完整的小信号等效电路: 求丘、兄、以及vjr51go +I5V 5Mtl£ 图题 解: (1)假设该电路工作在饱和区,则有 匕是=+5V,%=—5-% 则%=冬一叫=5-3心=2卩 ⑵ =2ms =Ik=loom R呵hJ=0 —>> p-°0—~0~—°~% ⑷尺=A=Rm//心2=心=3.33MG I- V R。 "=: //心=100£G//7・5kG=7M zt^=o R\=8 人=严=—=—gm(ro//RD///? L)=-8.2 i"gs Gv=^=A=_忌旣gm也//心//他)=2.03 设计图题所示P沟道EM0SFET电路中的&、屁要求器件工作在饱和区,且厶二,仏二-,匕=2V。 已知nglQD二V%K=TV,设=0。 解: /d=#: ¥(%-K)2=>%=-2U 人叫%=4U VV+V心=半='竺「、=5g Rs—四一*=2kC *D 在图题电路中,NM0S晶体管有丨曲=,乙=50A,V(砒QW并且工作在V.=2VO 电压增益%/比为多少假设电流源内阻为50k,求尽、心。 +H>n 图题 右宁■ + > 由电路结构可知,该场效应管工作在饱和模式 Vg=Vd=2V,Id=I=500/zA =—="""八=0.9l/A/V,/;=冬=1OOkQw%2-0.9°ID WRg=10MQ,其上的交流电流可以忽略,则 人弋=一弘(乙〃坨)=一&27 &=±=〃/50kG//&.=33RG 为了计算输入电阻,先考虑输入电流(此处也可用密勒定理), ^=r^7=1O8A/n 对于图题所示的共栅极电路,Sni=2mA/V: (1)确定4和a: (2)丘变为,计算从和凡“并说明尼的变化对电压增益有何影响; (3)凡: 变为(尺为),计算九和人,说明凡? 的变化对电压增益有何影响。 18V 口3畑 I5.6" II ——1=]II 1LJ2 J4.7k^ □ 图题. 解: (1)等效电路如下图所示 Sgo——+ 入=+=ffg=gm(心〃应戶 —V* (2)凡变为时, 人=彳=-站”心皿)=弘(心〃尽)= —十 5S 蹈3.88=0.39 7念“ 若尼减小,则嵐和血均减小,反之亦然。 (3) (足为)时, 人=菩=f里丫"'>=几(心〃心)=3-88岭vgs £=/q_A=”、V三3.88=1.6 R、+0.35+0.5 若盛变减小,则儿不变,人增加。 反之亦然。 计算图题所示的级联放人器的直流偏置、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。 己知结型场效应管/如=I0〃iA・V;=-4—输入信号电压有效值为10mVo 解: (1)两级放大器具有相同的fl流偏置。 vV^;=0»/.=—Vs=—/dRs=-0.68/D 考虑到放大器应用中,场效应管应工作在饱和区,则有: 皿4器卜2ST(舍却 代入上式可得: 0.289/5-4.4/D+10=0 解得—2.8mA,V^=-0.68x2.8=-1.9V, ⑵弘三許=|4=26"$, vov厶1 由于第二级没有负载,则 A-2=-£兄=Y・24 对于第•级放人器,2.4EG//3・3MGp24M1,可得到相同的增益 则级联放大器的增益为人=久比=38.4 输出电压为匕=人耳=38.4x10=384〃卍 &=¥=&;=3・3MG 尺严心=2・4RC 负载10k两端的输出电压为 图题所示电路中的MOSFET有K二IV,k;(»7L)=V\K=40V,=I0MG,Rs=35RG,Rd=35kQo (1)求静态工作点J、 (2)求偏置点的矗和戻值: (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,求从信号源到负戦的电压增益、恥 (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 匕=OV,%=冬一《=_匕=5-35山 =#罟%-V.)2n心=0.1屈,则%—5-35—1.5V 2/ 土=0.4〃心%, V. 尺十=/? GTOMG —半=-也〃心〃坨)—.13 为共漏放 (5) 大器,等效电路如下
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