模拟电路第一章常用半导体器件教、学指导与习题详解

1、模拟电子线路教、学指导与习题详解杨凌第1章常用半导体器件教学要求1.1.1 半导体物理基础知识1、熟悉本征半导体、杂质半导体、施主杂质、受主杂质、多子、少子、漂移、扩散的概念；2、熟悉PN结的形成机理和基本特性一一单向导电性、击穿特性、电容效应。1.1.2晶体二极管1、了解二极管的结构、分类、符号、主要参数；2的熟悉二极管的几种模型表示一一数学模型、曲线模型、简化电路模型，掌握各种模型的特点及应用场合；3、熟悉二极管电路的三种分析方法一一图解法、简化分析法、小信号分析法。能熟练运用简化分析法分析各种功能电路；4、了解几种特殊二极管的性能。1.1.3晶体三极管1、了解三极管的结构、分类、符号、熟

2、悉其主要参数及温度对参数的影响；2、掌握三极管在放大状态下的电流分配关系；3、熟悉三极管处在放大、饱和、截止三种工作状态下的条件及特点；4的熟悉三极管的几种模型表示一一数学模型、共射曲线模型、直流简化电路模型、小信号电路模型，掌 握各种模型的特点及应用场合；5、熟悉三极管放大电路的三种分析方法一一图解法、估算法、小信号等效电路分析法。能熟练运用估算 法判断三极管的工作状态。1.1.4场效应管1、了解场效应管的工作原理，理解场效应管中预夹断的概念；2的熟悉场效应管的几种模型表示一一数学模型、曲线模型、直流简化电路模型、小信号电路模型，掌握各种模型的特点及应用场合；3、熟悉放大状态下几种场效应管的

3、外部工作条件；4、熟悉场效应管与三极管之间的异同点；基本概念和内容要点半导体物理基础知识半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，其导电能力随温度、光照或所掺杂质的不同而显着变化，特别是掺杂可以改变半导体的导电能力和导电类型，因而半导体广泛应用于各种器件及集成电路的制造。1、本征半导体（1）高度提纯、几乎不含任何杂质的半导体称为本征半导体。硅（Si）和错（Ge）是常用的半导体材料，均属四价元素，原子序号分别为14和32,它们的原子最外层均有四个价电子，与相邻四个原子的价电子组成共价键。制造半导体器件的硅和错材料被加工成单晶 结构。图1.1 （a）、（ b）分别是硅、错原子的简化模型和它们的晶体结构

4、平面示意图。+4(b)+4+4（2）本征激发共价键中的价电子受激发获得能量并摆脱峭束缚而成衣0利电子”（“施喷，并在原共 价键的位置上留下一个“空位”（称空穴），速尸过程称为本征激发。-热、光、电磁辐射等均可导致本征激发，但热激发是半导体材料中产生本征激发的主要因素。本征激发产生成对的电子和空穴。（3）复合电子被共价键俘获，造成电子一空穴对消失，这一现象称为复合。（4）载流子电子和空穴均是能够自由移动的带电粒子，称为载流子。可见，半导体中存在两种类型的载流子。（5）热平衡载流子浓度当温度一定时，半导体中本征激发和复合在某一热平衡载流子浓度值上达到动态平衡。该浓度值为：ni =pi=AT3/2e

5、kT111)式中:k (田. 一,-5秘88教锚65632 X 10Si5 eV /K1.21eV(Si)A、=心7T哪畸至k随温即而迅速陶0（T=0K刊的禁带雌300K中（27oCN（G ），一 .，4 103/cni的数值虽然很大，华富仅含於4度C曲的原，僦度为4.96 X 1022 cm 3）很小的百分数，故本征半导体的导电能力很弱（本征硅的扁率郑E cm 3 2.2。5 Q cm）。2、杂质半导体在本征半导体中，掺入一定量的杂质元素，就成为杂质半导体。N型半导体（电子型半导体）在本征半导体（硅或错）中掺入五价施主杂质（如磷、碑）而成。其中多子是电子，少子是空穴，还有不能自由移动（不参与

6、导电）的正离子。P型半导体（空穴型半导体）在本征半导体（硅或错）中掺入三价受主杂质（如硼、锢）而成。其中多子是空穴，少子是电子，还有不能自由移动（不参与导电）的负离子。（3）杂质半导体中，多子的浓度取决于掺杂的多少，其值几乎与温度无关；且少量的掺杂便可导致载流子 几个数量级的增加，故杂质半导体的导电能力显着增大。而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温 度，少子浓度具有温度敏感性。（4）转型P型；在P型半导体中掺在N型半导体中掺入比原有的五价杂质元素更多的三价杂质元素，可转型为 入足够的五价杂质元素，可转型为N型。(5)半导体的两种导电机理漂移和扩散载流子在外电场作用下的定向运动称为漂移运动，

7、所形成的电流称为漂移电流。漂移电流的密度为:Jt = Jpt + Jnt = q (p 心 p + n 心 n ) E 0c E式中，p、n分别为空穴和电子的浓度；q是电子电荷量；心、心n分别为空穴和电子的迁移率(迁移率影响半导体器件的工作频率)；E为外加电场强度。因浓度差而引起的载流子的定向运动称为扩散运动，所形成的电流称为扩散电流。电子和空n(x式中，Dn、Dpd却Dn电主 dx3、PN 结dx(1) PN结的形成穴的扩散电流密度分别为:Mt)散系数；Jpd =dn (qDPd(X)dp(XM獭 分别为电子和空穴的浓度梯度。dx将一种杂质半导体(N型或P型)通过局部转型，使之分成N型和P型

8、两个部分，在交界面处出现了载流子的浓度差，导致多子互相扩散，从而形成了PN结，其过程如下:载流子浓度差 -多子扩散 -电中性被破坏 -空间电荷区(内电场)- 阻碍多子扩散当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时-形成一定厚度的 PN结。利于少子漂移如图1.2所示。PN结的单向导电性 P区空间电荷区正偏时，外电场削弱自用岁日p心维亲O- 9 . 0 a 工 、于扩散，不利于少子漂移，由多子扩散形成的大的正向电流。反偏时，外电场增弓移形成很小的反向电流。PN结的击穿特性PN,浮幽，学店所诞.1：修子扩散，但利于少子漂移，由少子漂当加在PN结上的反偏压超过一定他跳场刖电流急剧增大，这种现象称为击穿。按击穿

9、机理的不同，击穿可分为齐纳击穿和雪崩击窗两种。齐纳 囱 1.2 PN具有负的温度系数；雪崩击穿发生于轻掺杂的馅翻于呻杂的PN结中，击穿电压较低(1V 后,曲线几乎不再移动。因此，在工程分析时，近似认为输入特性曲线是一条不随Vce而移动的曲线。ic/mA *60年示。整个曲线族可划分1.11 (VC输出特性80 (a)共射输入特性曲线EVC(2)矍斤ic = f (Vce)图 1.11B 一定 放犬区二JTIE偏、Jc反偏ic王要受iB的控制，由饱4大40 uA区为四个I极部.” a , iB= ICBO i b=20 p, A / 也时，ic碎有播2口。04线0&解呈度嘴以利电压I恒宽函邛制效

10、应的影响，幕6810Va谭大/J2有营pii B vce/V，定，而Vce增大 截止区：Je、Jc均反偏。iB = ICBO的那条曲线与横轴间的区感土区VBR( CEO)iB 0, iC 弋& 饱和区：Je、Jc均正偏。对应于不同iB的输出特性曲线几乎重合，ic不受iB控制，只随Vce增大而增大。 击穿区：随着 Vce增大，Jc的反偏压增大。当 Vce增大到一定值时，Jc反向击穿，造成ic剧增。集电极 反向击穿电压 Vbr(ceo)随iB的增大而减小。4、主要参数(1)直流参数共基极直流电流放大系数a T共射极直流电流放大系数B ；祗间反向电流Icbo、IcEO。(2)交流参数共基极交流电流放

11、大系数a ；共射极交流电流放大系数B ；共基极截止频率fo；共射极截止频率fe；特征频率k。(3)极限参数集电极最大允许电流Icm ；集电极最大允许耗散功率Pcm ；击穿电压 Vbr(ceo)、Vbr(CBO)、Vbr(ebo)。通常将 Icm、Pcm、Vbr(ceo) 三个参数所限定的区域称为三极管的安全工作区。(4)温度对三极管参数的影响严格来讲，温度对三极管的所有参数几乎都有影响，但受影响最大的是B、Icbo、Vbe。温度每升高1oC , 0值增大0.5%1% ;温度每升高1C, Vbe减小(22.5) mV;温度每升高 10C, Icbo 约增大一倍，即Icbo(T2)= Icbo(T

12、i) X *一71)/105、电路模型(1)放大状态下三极管的模型数学模型ic-IS(evBE/VT-1)(15)其中Is =Tebs, Is是指发射极反向饱和电流Iebs转化到集电极上的电流值。直流简化电路模型如图1.12所示。图中，VBE(on)称为发射结导通电压。0.7V (硅管)VBE(on)=11 0.2 0.3V (错管)如图1.13所示。rce= 1VAi /ICQ(b)高频电路模型(1 9)(1 7)rbb为基区体电阻，其值较小，约几十欧姆，常忽略不计。(2)饱和与截止状态下三极管的模型如图1.14所示。 TOC o 1-5 h z IBICb c 1r c. c,(a+饱和状

13、杀+VBEVBE(on) QVcE(sat) VCE1.14图Vce|利称为称内三极管的瞥口压降1.1.4 场效应管(e=ET)晶体场效应管又称为单极型晶体管，它是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件，具有输入阻抗 高、温度稳定性好、噪声低、抗辐射能力强、集成度高、成本低等特点，因此已成为当今集成电路的主流 器件场效应管的分类及符号见图1.15所示。1、分类、符号、特性曲线各种场效应管的特性曲线如图JFETMOSFET iD/mAN沟道iD/mA 增强型结型a)转移特性耗尽型增强型(b)输出特性NJ砌2、放大惦d下号(1)数4模型/I DSNJ迤道N沟道N沟道，一,下沟道6各种场效应管的特性

14、曲谈N沟道GS(th)OSFETSVGS/VssG 2一 BG24S*ff)301-23G- 410-12一. I 3 (11浮 N S比，它是场效应管的一项重要参数。 增强型耗尽罂/“CoxW 022为自由电子迁际,2Cox 1GSSVS胸栅极 620增rr耗结可变(111)沟道宽长Id如图1.17所示。图中，Id与Vgs之间满足平方律 关系。注意该图与图1.12 (三极管的直流P沟道简化电路模型)之间的区别；Id(Vgs)图 1.17(3)交流小信号电路模型如图1.18所示。i gidg 1. d+(a)低珀感争莫型+gi 11 V gsvgi中，gm &低频*n。Vds对 JFET 型

15、,MOSFET :图 1.18 1i21DSS I DQ -对增强班 MOSFET :gm一 VGS(off) . Idss:P W一(口 nCoXWrds称为 输出电 阻gm2J2IDJds=式中，入=1/Va称为沟道长度调制系数，通常 人/(入 Idq) .1=(0.005 0.03)V 1。(1 13)(1 14)图1.15或即管的分类及符号注意图1.18图1.13 (三极管的交流小信号电路模型)之间的区别3、主要参数(1)直流参数饱和漏极电流I dss： Idss指对应于Vgs=0时的漏极电流。夹断电压VGS(off)：当栅源电压VGS=VGS(of)时，后=0。以上两参数仅适用于结型

16、场效应管和耗进型MOSFET开启电压VGS(th)：当VGsVGs(th)时，管子才形成导电沟道。该参数仅适用于增强型MOSFET直流输入电阻Rgs：指在漏源之间短路的条件下，栅源之间加一定电压时的栅源直流电阻。对JFET, Rgs在 1081012Q 之间；对 MOSFET , Rgs在 101O1015Q 之间。(2)极限参数栅源击穿电压 V(BR)GSO漏源击穿电压V(BR)DSO最大耗散功率 PdmPdm = IdVds(3)交流参数低频跨导gmDg m= (mA/V)(115)gm的大小反映了栅源电压VGGS寸褊较电流iD的控制能力。gm可以从转移特性或输出特性中求得(见式(112)

17、及式(1 13)。输出电阻is,iD随vds的改变很小,(1 16)故rds很大(几rds说明了 vds对iD的影响它在哪汰 (放大区) 卜千欧几兆欧)。iD Vdsq4、场效应管工作状态的判断(1)截止状态的判断截止条件：N沟道管：VGSVGS(th)(或VgsVGS(th)(或 VgS V GS(off)(2)非饱和区(可变电阻区)与饱和区(放大区)的判断若IVdsVgs VGS(th)I ,则场效应管工作在饱和区；若IVdsNa,故形成N型半导体。且多子 n0 = Nd-Na=51015cm 3(3) T =500 K 时，ni =AT3%Eg0/2=3.49X1014cm32(T2F/

18、10。因此可算得；Is ( 10C) = 10 9X2 - 10 2710 = 77 ( pA )Is (47C) = 10 9X2(47 27)/10 = 4 (nA)Is (60C) = 10 9X2(60 27)/10= 9.85 (nA)【1-6二极管是非线性元件，它的直流电阻和交流电阻有何区别？用万用表欧姆挡测量的二极管电阻属于 哪一种？为什么用万用表欧姆挡的不同量程测出的二极管阻值也不同？【解】本题用来熟悉二极管的直流电阻和交流电阻的概念。二极管的直流电阻 Rd是指二极管两端所加直流电压与流过它的直流电流之比，即： VdRd =Vd/ Id(17)二极管的直流电阻 Rd随Q点(静态

19、 工作点)的不同而不同。如题图 1.1所示。二极管的交流电阻 1是指在Q点附近 电压变化量 Vd与电流变化量 Id之比，即: rd =AVd/AId，也就是曲线在 Q点处切线斜率 的倒数。根据式(12)可求得：iq越大，曲线懈FA越小，反之亦然VtiQd是Q1点处刖漆彳削TkQ6mV同。工轨不同 Iq交流电阻是动态电阻，不能用万用表测量。用万用表欧姆挡测出的正、反向电阻是二极管的直流电 阻。用欧姆档的不同量程去测量二极管的正向电阻，由于表的内阻不同，使测量时流过二极管的电流大小 不同，即 Q点的位置不同，故测出的Rd值也不同。Vao 值。【1-7】电路如题图1.2所示，设二极管为理想的，试判断

20、图中各二极管是否导通，并求各电路的 【解】本题用来熟悉：（1）理想二极管的特点；（2）二极管电路的估算法。+_求解此类Vao断二极M导通还是截止题目+D1 ，3kQ D23k QVD(oi + V1R1 3kQ o=0。因此，若二极管0,则(a)012VAO(a)DD1拼15V 1kR2D V2D2kQ阳极与阴极间电压3V中，假设D断开，则V三V1一 V2 = 6 12 = -1_r r(b)VR4.51 Q L%项二极管导通；若 V18V 0,所以D导通。故得：Vao = V1=15V。图（c）中，假设 Dr D2均断开，则 Vd1 = 0-V2 = 0（12）= 12V 0, Vd2 =

21、V1-V2 =15 （12） = 3VV2=5 V时，D1因反偏而截止，D2因正偏而导通，v=V2 = 5V;当VivV忏 2V时，口1因正偏而导通，D2因反偏而截止，Vo=V1 = 2V;Vo= m。输出波形如下图（a）所示。Vi/V .6 5图当,-2如上图（【1-9】题线；Vo/V2(a)b）的二极管单向限幅电路，下限幅电平为ViV 1=2V叶，D囚正，励而帮S,已知二极管参数b)所图1.4所示电EVo= Vi；若Vi = 5sin 3 t V,试画出Vo的波形。+2vi X)5.1k。-D2Vo/VVo+0V2=3VV1=3V-3.7Vi/V0 3.7 -3.7Vi/V62V当 Vi0

22、V D(on)Vo/V6Vi/V .岸3.(b1）试画出电压传输特性曲=0.7V ,=100 Q,=2V时，D/囚反例而截止tv=V=2V。输出波形0 3.7Vo/Vomax t3.70当一2VVj3.7V时，Di因反偏而截止，D2因正偏而导通，此时: TOC o 1-5 h z vi3.7vi3.753.7iVo=ri- 3.7 RD +3.7 D 1 因正偏而3i7（V）D2 因反编ax戢止，此时3.7 = 3.725VR + Rd5252vi+3.7vi+3.7 5+3.7当月 3.7 VW3.7 V 时，D丁1 3D72V）因反偏My=v0= vi- 3.7 =-3.725VR + R

23、d5252由以上分析可画出电压传输特性及v。的波形分别如题图1.4 （b）、（ c）所示。【1-10】 试确定题图1.5 （a）所示电路中二极管的Vq、Iq。设Rl分别为1kQ、2 kQ、5.1 kQ ,二极管的特性如题图1.5 （b）所示。当Rl分别为1kQ、2 kQ、5.1 kQ时，分别将直流负载线画在题图1.5 ( b)上，得：Q1 (Vq1=0.5V , Iq1=250 心 A);Q2 (Vq2=0.45V , Iq1=180 心 A);Q3 (Vq3=0.37V , Iq3=80 心 A)。vs=20sin 3【1-11】题图1.6 (a)所示电路中，已知二极管参数VD(on)=0.

24、25V , Rd=7Q, rs=2Q, Vdd=1V ,(mV),试求通过二极管的电流iD=I DQ + id。VddD50 QRl+Vdd 这是一个交、直流混合的电路。流过二极管VD(on)+50Q Rl甄Q本题用来熟悉二极管电路的交、直流分析方D的电流中，既有直流成分,又有交流成分提供一个合适的Q点，在曲墩础上再叠加交流信号。分析这种电路通常可分为静态作用是给二部i d。I DQ R(直流)分析和动态（交流）分析，注意电路交、直流通路的划分，且先静态后动态。令vs=0,由电路的直流通路（二极管用直流简化模型代替）题图 1.6 （b）可得:Vdd - VD（on）1-0.25I dq = =

25、 13.16 mA1.6(c)令Vdd = 0 （Vdd的彘流向阻很小，7+50交流可近似看作短路），由电路的交流通路题图 极管用小信号模型代替）可得：V smI dm =20氏 371aA因此DMDQRLid = +(1198+(5+ 0.37 sin 3t ) mAVt26其中rj = =1.98 QIdq 13.16【1-12】已知两只硅稳压管Dz” Dz2,其稳定电压分别为 Vz1=6V几种不同的稳定电压值？若将其并联，又能获得几种不同的稳定电压值？ 【解】本题用来熟悉硅稳压管的稳压特性。两只稳压值不同的稳压管串联使用，有四种联接方式，如题图VZ2 = 10V,若将它们串联使用， 能获

26、得1.7 (a)所示。因此,DziDZ2KO17 CCDz1-Q+-Q+o+I心、.=Vz1 +VZ2 = %+10 =1VO3= Vdi + VZ2 = 0.7+10VO2题图1.7侬13压值：16V=10.7VVO3Dz1=6+0.7 = 6楞2s7 VO4 = VD1+VD2 = 0.7 +0.7 = 1.4VVO4VO2 *1 +VD2两只脑压值不同的稳压管并族使用也有四种联接方Mr意图1.7(6)所示VO2 =O+Dz1VO4=V04 = VD= 0.7 Vo+o糜 1.7 (DbZ1济脂及总情只有。D林邑VO1 = Vz1 = 6V(DZ2是灌止的)VO3Q +DZ2【1-13在题

27、图1.8 (a)所示的稳压电路中，要求输出稳定电压为 围内变化，负载电流Il在0到15 mA范围内变化，稳压管参数为7.5V。已知输入电压 Vi在15V至ij 25V范1 Zmax =50mA ,I Zmin =5mA , Vz =7.5V,10 Q。试求：(1)所需R值 VO2 0(2)分别计算 Vi和Il在规定范围内变化时，输出电压的变化值V01rZ=和ViR C= -1 (a)Il席】本题用IzIl斑姬RL 口 VO圭稳米般B1(b)r 1.80内基本结构rz/)硅萃、隹管电u白粉析 Vo2(1)图(a)中的R为限流电阻，为俣证稳压管正常工作,当Izmin lz Iz max时，Dz具有

28、稳压作用即：lz= |-|Lo故R的选择应满足以下关系：Vl max - Vz l Lmin 1 Zmax由此可解得：R350 Q R IZ min(取R=350 Q ,并注意到rz Rl)1土 X25- 15)弋 139mV 128 ( c)所示。1 V02 = Il (R/ =士 ( 150) X ( 350 / 10)心士 73mV由上述分析可见，当输入电压或负载电流在很大范围内变化时，输出电压变化量很小，电路起到了 稳压作用。【1-14在题图1.9 (a)所示电路中，已知Vi=200sin w t (V),试画出 V。的波形。10:1+Vi(a)D1D2以题图1.9【解】本题用来熟悉：

29、(1)二极管全波整流电路的结构；(2)二极管整流电路的分析方法。因变压器匝数比为 10: 1,所以次级端电压为20V,即V2=10sincot Vo当V2为正半周且大于等于0.7V时，D1导通，D2截止，Vo= V2-0.7；当V2为负半周且小于等于一0.7V时，D2导通，D1截止，Vo= V2 - 0.7;当一0.7VV2VbVe ;对 PNP 管：Vc Vb857(fonA=-1( 2)若电路中元伴矮邠别作如下变化，试指出晶体三极管(a) RBR=2k的工作状态,(b) RB1=15kQ , ( c) Re=100Q 。【解】本题用来熟悉：1kPNp型二极管放大电路的静态估算法o0.7V,

30、 Icbo0o (1)试求 Ib、Ic、一Vcc-9V(1) Vbb =RB210Rb130k QRc1kQRb = RbiVcc =X (-9)- 2.25VRb1+ Rb230+10匹 Rb2 = 30 II 10 = 7.5 kQ1V田 ) - IVbe onIcte = Ib = 200X 32.5 X 10Vce = Vc+I&RR+RE)衣.250.76-=6.5 mA 32.5 p, A7.5+201 X 0. 2RB210kQRe200Q=9-6.5X( 1+0.2) = 1.2V 即：VcE = 一 1.2V(2)当电路史元件参数发生变化时，分析结果如下:(a)当RB2=2k

31、 Q 时，Vbb 弋0.56V,由于 | Vbb Vbi假设 T处在放T应工作在饱和状态。【1-32在题图1.20所示电路中，已知三极管rce不计，彳t号源 Vs=0.1sin w t V, Rs=10kQT 的 B=100, Vbe( on) = -0.7V, IcQ= 2.17 mA,Vcc = 9V,RB=12.5kQ。设rbb = 0,试求三极管各极电压和电流值iBvbe、ic、vce。【解】本题用来熟悉:三极管放大电路中交、直流分量的求法。VsRbiBVCERc2k QRl350 QVbe(1)确定Ibq、Vb豁vceq 这是一个交、直流混合的电路。三极管的各极电压和电流 iB、Vb

32、e、ic、Vce中既包括直流分量Ibq、Vbeq、Vceq,也包括交流分量 ib、Vbe、ic、Vce。i B= Ibq+ ibi c= Icq+ icVBE= VbEQ+VbeVCE = VCEQ + Vce因此，求解该电路时，首先确定三极管各极电压和电流的 直流分量，然后，再求解其交流分量，最后将二者叠加。Ibq = Icq/B = 21.7 a A ,Vbeq = -0.7V= - 700mVI EQ = I BQ +I CQ Q 2.19 mAVCEQ (2)确定i=Vcc Icq Rc= 9 2.17X2= 4.66V, 即：Vceq = -4.66Vb、Vbe、孱Vce。将题图1.

33、20中的T用小信号模型代替，并将 T左端作戴维南等效，得下图。RsRb12.5Vsm =Vsm= x 100 弋 55.56mVRs = RsRsRR b=10 II 10+12.55.556 k QI cq、OVs 机= ； i c= p IibVsVbe=ib rbbee =8.23e55.56 X 1 .,-Rl.cSin 3 tR5955(3mPAN 乂 大状态，则有：IB56.16aA, Ic 11.23 mA, Vce弋3.35V,而该结果与假设不符，因此,(3)求 i b vbe、卜、VcE。iB=lBQ+ib= ( 21.7+8.23 sin cot)心 A,VBE=VBEQ+

34、Vbe= ( 700+9.87 sin w t) mVic=IcQ+ic= (-2.17+0.823 sin w t)mA ,VCE=VCEQ+Vce= (4.66+0.245 sin w t) VB很大,且忽【1-33在题图1.21所示的平方律运算电路中，各管有相同的发射结面积，工作在放大区, 略基区宽度调制效应，试证：Iw2=Ix2+Iy2。【解】本题用来熟悉：跨导线性环( TL环)的原理lxTi|wIyT2由图可知：T1、T5、T3、T4 构成一 TL 环；T2、丁5、丁6、T6 也构成一 TL 环。 因此有：KT3T6lc3 Ic4= Ic1 Ic5, Ic6 l C7= Ic2 Ic

35、5由图又可知：飞4代?5T7题图1.21【1-34在题图1.22所示的电路中,l 3= 12* |4【解】本题用来熟悉：跨导线性环(若各管TL环)lx-1c3lc6IC4lc7Iw=I C1+ Ic2=Ic5联立上述方程可证得：Iw2=Ix2+Iy2B相等，试证：不论 B为何值，四个电流之间的关系为:的原理。由图可知：Ti、T2、T3、T4构成一 TL环，因此有:I1X整理得：题图1.22l C1 l C3= l C2 l C4由图又可知：l C1 = l1 - IB1 - IB2 , IC2 = l 2|C3= l 3,Ic4=| 4 Ib3 l B4将式代入式并整理得：l 1I3 (IB1

36、+ lB2) l3= l 2I4 (l B3+ lB4)l2由式，并考虑到各管的B相等，可得：B Ib1 = 11 1 B1 H B , B 1 B4= I4 _ l3/ B 1 B4B l1 |2 l B1=J SIE将式代入式并整理得 【1-35】场效应管白条描足必l B1+ Ib2 =曲线如题图3 l 1 l2 l 2 I1 + I2+=13(1 +231+ BI3+I4临31+1国mB rrh；,可见不咕 f 为何值,总有：p (1+ 3 )1 +1.23肝示，法判断场效应管的类型，画出相应器件的符l1l 3 =l 2I4。号，确定VGS(th)或VGS(of),并在图上画出饱和区和非

37、饱和区的分界线，写出相应的表示式。l D/mA k4Vgs=3VlD/mA。题图1423Vgs=3.5V【解】侬女甲来熟悉：et的分类、符号、特性曲线。图(a)z：对于EMV函0可判断为N沟道器件；从VGS(th)2V |d=0时的Vgs值,即:图1bK A Vds0判断为N沟道器件；从 Vgs取值正、负、零都有，判断为耗尽型 MOS管。对于 NDMOS 管，VGS（of）是 Id=0 时的 Vgs值，即：Vgs.） =1.5V。符号略。图（c）:从Vds I VgsVGS（th）I的条件。所以，只要证明当Rs变化时，可以保证I VgsVGS(th),便可证明FET始终处在饱和区。VGSD =

38、 = 1Vdd I -(VgRS-VGS(th)2=0.04(VGS VGS(th)2 m砥 2l将式代入式得：VGS =10 一 0.04(VGSVGS(th) Rs (V)由式可知：当rs=0 时，1 Vgs I =10 V VGS(th)；RsT f由式可求得：Vgs=4.36V,取 Vgs= 4.36V,则有:Vo= Vdd Vgs= 10 ( 4.36) =-5.64 V【1-39】题图1.27所示电路中，已知各管的长度调制效应忽略不计 【解】本题用来熟悉：试分别求出沟道宽度I DQ=0.1mA , VGS(th) =2V , 心 nCox =20 a A/V 2, l=10 a m

39、,设沟道W1、W2、W3o+VDD +10VT3【1-40T227沟明曾强型Vds=及放1） MOS管Id的表达式；（2）场效应管电路的分析估算。由于各管的 Vds=Vgs ,满足 Vds VgsVGS（th）的条件，因此，各管都工作在饱和 区。由图可知：vgs1 = V1=3V , Vgs2=V2 V1=4V , Vgs3=Vdd V2=3V ,所以有：“Cox W12 0.02 W12Id1= (VGS1 VGS(th)2= 太(3 2)2=0.001 W1(mA)21120a nCox W22 0.02 W22ID2 = a nCox W3 (VGS1VGS(th)2=102 W3 X

40、(4 2)2 =0.004 W2(mA)而D3=ID1=2ID2= ID(VGsDQ=VGsmA),=W0基 X (3- 2) =0.001 W1(mA) 21320W1= W3=100 a m , W2=25 叱 m。MOSFET 的”=1000cm2/V - s, Cox =3X10 8F/cm2, W/l =1/1.47, Va =200v，工作在饱和区。试求：（1）漏极电流Idq分别为1 mA、10mA时相应的跨导gm、输出电阻 叱 T1 1 o （2）当Vds增加10%时，Idq相应为何值。（3）画出小信号电路模型。【解】本题用来熟悉：（1） MOS管的小信号电路模型；（2） MOS

41、管动态参数的计算。社 nCoxW（1）gm2 Idq由上述关系式话得出计算结果如下:rds= . IdqlDQ/mAgm/mSrdJkQg10.220040100.642012.78(2)因为：d人=5 X 10 3|VaVds =(1+10%) Vds=11VIdq1+入 Vds所以凸=dq=1 mA 日=1.005 (3)力端号1+小IV枷右上图。【1-41】题图1.28所示电路中,+1.005 mA ;当缘=1。mA gDQvgs =注意与BJT的小信号电路模型相比较 已知 EMOSFET 的心 nCox W/(2l)=20 心+0r05 mAs。一AN 2, WGS(th) =- 1.

42、5V沟道长度调制效应忽略不计。试求出 Idq、Vgsq、gm、rds值【解】本题用来熟悉：（1） FET电路的静态估算法；（2） MOS管动态参数的计算。T2Vdsq=Vdd-(-Idq) (Rs + Rd)= 10+0.37 X (10+1)= 5.93V验遢图述为新结果，满足| Vgs VGS（th） I, IVds gs Vgs（一饱和区的条件，故假设成立。-nCoxW11-4231双电据供电的21W=40 ii m, l=10 心 m,心 nCox =200 p. A/V 25 VGS(th) =2V, Rs值。11NDQ勾道0EMmSFET电路如题图r1s：29JD,口口的设人=0,

43、要求I d=0.4 mA , Vd = 1V ,试确定 Rd、【解】本题用来熟悉：FET电路的静态估算法。+Vdd由图可知：j(+5V)Vd=Vdd _ 1 dRd 代入数据解得：Rd=10 kQRd |JpD而：Vli nCox W2 0.2X 4022i门TftDTW|pWVGSvGSc1=t3V = VGS；舍i) =0.4(Vgs- 2) mA_1 T. J图可知：i近题辱l49VGS+?dRs+Vss=0代入数据解得：Rs=5 kQ1 d=1 mA ,【1-43】一 N沟道EMOSFET组成的电路如题图1.30所示，要求场效应管工作于饱和区，且Vdsq=6VVSSf灰5V子的参数为1

44、 nCox W/(2l)=0.25mA/V 2, Vgs) =2V ,设人=0,试设计该电路【解】 本题用来熟悉：FET放大电路电路的静态设置。.+Vdd +20V rgi qRD n|jD1仁tRG2 |Rs I |11 nCox W22由j讷就可解卵(嬷1=V濯th)VGi0=05/ VGI去2) mA 选|Rg1=1.2 MQ, Vg=8V,计算电路中其他元件的参数。I而电路要求Id=1 mARgi由 Vg =Vdd可解得：Rgi=0.8 M QRg1 + Rgi由 Vgs =Vg-Vs= 4V ; Vg=8V ,得：Vs= 4V从而可确定：Rs=Vs/Id= 4 kQ由 Vdsq =V

45、dd _ Id (Rs+Rd) 可确定：【1-44】设计题图1.31所示的电路，要求Rd= 6 kQP沟道EMOsFET工作在饱和区，且 Id=0.5 mAVd=3V,已知ii nCox W/(2l)=0.5mA/V 2,【解】本题用来熟悉：FETVGs(th) = - 1V=0oRg12M QIgTRg2Rd题图1.31+Vss +5V放大电路电路的静态设置。由图可知：Vd= IdRd 故解得：Rd=Vd/Id=3/ 0.5=6 kQ由以下两式：, a nCox W22Id=(VgsVGs(th) =0.5 (Vgs+1)mA磕硒=0.VmA= _2V; Vgs2=0V (舍去)由以下两式：Rg2Vg