模电第四章答案

1、第四章 习题解答4-1 如题4-1图所示MOSFET转移特性曲线，说明各属于何种沟道？若是增强型，开启电压等于多少？若是耗尽型，夹断电压等于多少？答：（a）P-EMOSFET，开启电压（b）P-DMOSFET，夹断电压（或统称为开启电压（c）P-EMOSFET，开启电压（d）N-DMOSFET，夹断电压（或也称为开启电压4-2 4个FET的转移特性分别如题4-2图(a)、(b)、(c)、(d)所示。设漏极电流iD的实际方向为正，试问它们各属于哪些类型的FET？分别指出iD的实际方向是流进还是流出？答：（a）P-JFET，的实际方向为从漏极流出。（b）N-DMOSFET，的实际方向为从漏极流进。

2、（c）P-DMOSFET，的实际方向为从漏极流出。（d）N-EMOSFET，的实际方向为从漏极流进。4-3 已知N沟道EMOSFET的nCox=100A/V2，VGS(th)=0.8V，W/L=10，求下列情况下的漏极电流：（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）当时，MOSFET处于非饱和状态（b）当时，MOSFET处于临界饱和（c）当时，MOSFET处于非饱和状态（d）当时，MOSFET处于饱和状态 4-4 N沟道EMOSFET的VGS(th)=1V，nC

3、ox（W/L）=0.05mA/V2，VGS=3V。求VDS分别为1V和4V时的ID。解：（1）当时，由于 即，N-EMOSFET工作于非饱和区 （2）当时，由于，N-EMOSFET工作于饱和区 4-5 EMOSFET的VA=50V，求EMOSFET工作在1mA和10mA时的输出电阻为多少？每种情况下，当VDS变化10%（即VDS/VDS=10%）时，漏极电流变化（ID/ID）为多少？解：（1）当，时当，时 （2）当变化10%时，即 由于（对二种情况都一样）或者：由于4-6 一个增强型PMOSFET的pCox（W/L）=80A/V2，VGS(th)=1.5V，=0.02V-1，栅极接地，源极接+

4、5V，求下列情况下的漏极电流。(a) VD=+4V； (b) VD=+1.5V； (c) VD=0V； (d) VD=5V；解：根据题意，P-EMOSFET导通 （a）当时，由于此时 P-EMOSFET处于非饱和状态 （b）当时，此时 P-EMOSFET处于临界饱和状态 （c）当时，即，P-EMOSFET处于饱和状态 （d）当时， 即，P-EMOSFET处于饱和状态 4-7 已知耗尽型NMOSFET的nCox（W/L）=2mA/V2，VGS(th)=3V，其栅极和源极接地，求它的工作区域和漏极电流（忽略沟道长度调制效应）。(a) VD=0.1V； (b) VD=1V； (c) VD=3V； (

5、d) VD=5V；解：根据题意，则，（a）当时， N-DMOSFET工作于非饱和区（或三极管区） （b）当时， N-DMOSFET工作于非饱和区 （c）当时， N-DMOSFET工作于临界饱和状态，由于忽略沟道长度调制效应，则 （d）当时， N-DMOSFET工作于饱和区，由于忽略沟道长度调制效应，则4-8 设计题4-8图所示电路，使漏极电流ID=1mA，VD=0V，MOSFET的VGS(th)=2V，nCox=20A/V2，W/L=40。解：由于 则 又由于 ，MOSFET处于饱和工作区 且， 则 代入数据得： 得 因为不符合题意，舍去 又 则 得4-9 题4-9图所示电路，已知nCox（W

6、/L）=200A/V2，GS(th)=2V，A20V。求漏极电压。解：已知， （a）由于，MOSFET导通，假设MOSFET工作于饱和区，则 由于，说明MOSFET确实工作在饱和区，假设成立。（b）由于，MOSFET导通，假设MOSFET工作于饱和区。则 即 由于，说明MOSFET确实工作在饱和区，假设成立。（c）由于，MOSFET导通。假设MOSFET工作于饱和区。则 即 由于，说明MOSFEE确实工作在饱和区，假设成立。4-10 在题4-10图所示电路中，假设两管n，Cox相同，VGS(th)=0.75V，ID2=1mA，若忽略沟道长度调制效应，并设T1管的沟道宽长比（W/l）是T2管的5

7、倍。试问流过电阻R的电流IR值。解：根据题意，T1、T2两管的、Cox相同，忽略沟道长度调制效应，由于工作于饱和区，设T2也工作于饱和区，则则 4-11 在题4-11图所示电路中，已知P沟道增强型MOSFET的，VGS(th)= 1V，并忽略沟道长度调制效应。（1）试证：对于任意RS值，场效应管都工作在饱和区。（2）当RS为12.5k时，试求电压VO值。解：已知P-EMOSFET的 忽略沟道长度调制效应 （1）证：由于 在任意RS值时均成立 因此，对于任意Rs值，P-EMOSFET均工作在饱和区。 （2）当时，4-12 已知N沟道增强型MOSFET的n=1000cm2/V·s，Cox

8、=3×10-8F/cm2，W/L=1/1.47，|VA|=200V，VDS=10V， 工作在饱和区，试求：（1）漏极电流IDQ分别为1mA、10mA时相应的跨导gm，输出电阻rds 。（2）当VDS增加10%时，IDQ相应为何值。（3）画出小信号电路模型。解：根据题意 ，N-EMOSFET工作在饱和区 （1）当漏极电流为时 跨导 输出电阻 当漏极电流为时跨导 输出电阻 （2）当增加10%时 由于 则 如果原来为1mA，增加10%时，如果原来为，增加10%时，（3）小信号电路模型为4-13 在题4-13图所示电路中，已知增强型MOSFET的pCoxW/(2L)=80A/V2，VGS(t

9、h)=1.5V，沟道长度调制效应忽略不计，试求IDQ、VGSQ、VDSQ、gm、rds值。解：已知P-EMOSFET的 忽略沟道长度调制效应，则 则 解方程得： 由于时 不符合题意，舍去。 4-14 双电源供电的N沟道增强型MOSFET电路如题4-14图所示，已知VGS(th)=2V，n Cox=200A/V2，W=40m，L =10m。设=0,要求ID=0.4mA，VD=1V，试确定RD、RS值。解：由于，则又由于，MOSFET处于饱和工作区且，则代入数据得： 因为不符合题意，舍去又，则得4-15 一N沟道EMOSFET组成的电路如题4-15图所示，要求场效应管工作于饱和区，ID=1mA，V

10、DSQ=6V，已知管子参数为nCoxW/(2L)=0.25mA/V2，VGS(th)=2V，设=0，试设计该电路。解：根据题意，N-EMOSFET工作于饱和区， 则代入数据： 由于不符合题意，舍去又由于，则在本题中取标称电阻值，则可取，4-16 设计题4-16图所示电路，要求P沟道EMOS管工作在饱和区，且ID= 0.5mA，VD=3V，已知p Cox W/(2L)=0.5mA/V2，VGS(th)=1V，=0。解：根据题意，P-EMOSFET工作于饱和区（0，0），则 代入数据得： 由于不符合题意，舍去由于要求P-EMOSFET工作于饱和区，即要求 即在本题中取，则由于 又由于，则4-17

11、基本镜像电流源电路如题4-17图所示，对于以下情况，求出电流比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：根据基本镜像电流源的关系式（式3-3-4）（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）4-18 题4-18图所示为P沟道JFET构成的电流源电路，设 IDSS=4mA，VGS（off）=3V，要求ID=2mA，试确定RS的值。解：根据

12、题意，P-JFET的，要求，则根据P-JFET在饱和工作时的特性 代入数据得： 解方程得：， 由于，不符合题意，舍去 又由于 4-19 一个N沟道EMOSFET的n Cox=20A/V2，VGS(th)=1V ， L=10m，在ID=0.5mA时的gm=1mA/V，求这时的W值和VGS值。解：根据题意，N-EMOSFET的，在时的 （1）根据式（3-1-11）得： 得： （2）根据得 由于不合题意，舍去 4-20 题4-20图所示共源放大电路，RG1=300k，RG2=100k，RG3=1M，RD=2k，RS1=1k，RS2=1k，IDSS=5mA，VGS（off）=4V，VDD=12V。求直

13、流工作点VGSQ、VDSQ和IDQ，中频段电压放大倍数Av，输入电阻Ri和输出电阻Ro 。解：根据题意， 则 （ID的单位用mA） 假设N-JFET工作于饱和区，则 解方程得：， 由于不符合题意，舍去 小信号模型参数为 可画出电路的交流小信号等效电路为：4-21 如题4-21图所示电路，写出电压增益Av和Ri、Ro的表达式。解：根据原理电路可画出电路的交流小信号等效电路如下：图中作为N-JFET的输出端负载电阻， 又 则 其中4-22 在题4-22图所示电路中，N沟道EMOSFET的VGS(th)=0.9V，VA=50V，工作点为VD=2V，求电压增益VO/Vi为多少？当I增加到1mA时的VD

14、和电压增益为多少？解：（1）根据题意， 电路交流小信号等效电路如下（很大，电路中忽略） （2）当I增加到1mA时，漏极电流记作，栅源电压记作，则 ， 则 此时的 电压增益4-23 设计题4-23图所示电路。已知EMOSFET的VGS(th)=2V，n Cox（W/L）=2mA/V2，VDD=VSS=10V。要求在漏极得到2VP-P的电压，设计直流偏置电流为1mA时电路达到最大的电压增益（即最大的RD）。假定MOSFET的源极信号电压为零。解：根据题意，假定MOSFET的源极信号电压为零，则要求 达到可能的最大值。 （1）先求。根据得 ，即 求得， 由于不合题意，舍去。 则 （2）再求，要求在漏极得到的信号电压，即信号的幅值为1V。 由于正常工作时，要求MOSFET处于饱和状态，则 又由于 则 为了使电压增盖达到最大，则可取最大值（3）栅极电阻可取：4-24、填空题试从下述几方面比较场效应管和晶体三极管的异同。（1）场效应管的导电机理为 ，而晶体三极管为 。比较两者受温度的影响 优于 。（2）场效应管属于 式器件，其G、S间的阻抗要 晶体三极管B、E间的阻抗，后者属于 式器