第四章 场效应管习题答案

第四章 场效应管基本放大电路

4-1 选择填空

1．场效应晶体管是用_______控制漏极电流的。

a. 栅源电流

b. 栅源电压

c. 漏源电流

d. 漏源电压 2．结型场效应管发生预夹断后，管子________。

a. 关断

b. 进入恒流区

c. 进入饱和区

d. 可变电阻区 3．场效应管的低频跨导g m 是________。

a. 常数

b. 不是常数

c. 栅源电压有关

d. 栅源电压无关 4. 场效应管靠__________导电。

)

a. 一种载流子

b. 两种载流子

c. 电子

d. 空穴

5. 增强型PMOS 管的开启电压__________。

a. 大于零

b. 小于零

c. 等于零

d. 或大于零或小于零 6. 增强型NMOS 管的开启电压__________。

a. 大于零

b. 小于零

c. 等于零

d. 或大于零或小于零 7. 只有__________场效应管才能采取自偏压电路。

a. 增强型

b. 耗尽型

c. 结型

d. 增强型和耗尽型 8. 分压式电路中的栅极电阻R G 一般阻值很大，目的是__________。

a. 设置合适的静态工作点

b. 减小栅极电流

c. 提高电路的电压放大倍数

d. 提高电路的输入电阻 /

9. 源极跟随器（共漏极放大器）的输出电阻与___________有关。

a. 管子跨导g m

b. 源极电阻R S

c. 管子跨导g m 和源极电阻R S

10. 某场效应管的I DSS 为6mA ，而I DQ 自漏极流出，大小为8mA ，则该管是_______。

a. P 沟道结型管

b. N 沟道结型管

c. 增强型PMOS 管

d. 耗尽型PMOS 管

e. 增强型NMOS 管

f. 耗尽型NMOS 管 解答：

,c 4. a 7. b,c 8. d 、

4-2 已知题4-2图所示中各场效应管工作在恒流区，请将管子类型、电源V DD 的极性（+、-）、u GS 的极性（>0，≥0，<0，≤0,任意）分别填写在表格中。

D

DD

（a ）题4-2图

D

DD

（b ）

D

DD

（c ）D

DD

（d ）

D

DD

（e ）D

DD

（f ）

解：

4-3试分析如题4-3图所示各电路能否正常放大，并说明理由。

V DD

（a ）

（b ）

DD

题4-3图

（c ）

O

--V DD

（d ）

+

u O

-（e ）

DD

（f ）

DD

U CC

解：

(a)不能。

VT 是一个N 沟道JFET ，要求偏置电压U GS 满足U GS,off 0，因此不能进行正常放大。

(b)能。

~

VT 是一个P 沟道JFET ，要求偏置电压U GS 满足00，只要在0

（c ）能。

VT 是一个N 沟道MOSFET ，要求偏置电压U GS 满足U GS > U GS,off >0。电路中U GS >0，如果满足U GS < U GS,off 就可以正常放大。

（d ）不能。

虽然MOSFET 的漏极D 和源极S 可以颠倒使用，但是此时衬底的接法也需要调整。虽然电路中自给偏置电压U GS >0，也可能满足U GS > U GS,off >0。但是D 极和衬底B 之间的PN 结正向导通，因此电路不能进行信号放大。

（e ）不能

VT 是一个N 沟道增强型MOSFET ，开启电压U on >0，要求直流偏置电压U GS > U on ，电路中U GS =0，因此不能进行正常放大。

~

（f ）能。

VT 是一个P 沟道耗尽型MOSFET ，夹断电压U GS,off >0，放大时要求偏置电压U GS 满足U GS < U GS,off 。电路中U GS >0，如果满足U GS < U GS,off 就可以正常放大。

4-4 电路如题4-4图所示，V DD =24 V ，所用场效应管为N 沟道耗尽型，其参数I DSS =，U GS,off =-4V ，跨导g m =V 。电路参数R G1=200k Ω, R G2=64k Ω, R G =1M Ω, R D = R S = R L =10k Ω。试求： 1．静态工作点。 2．电压放大倍数。

3．输入电阻和输出电阻。

+u o

-

题4-4图

解： 1． : 2． 静态工作点的计算

D

D S D DD G2G1G2S G GS 108.510246420064

I I R I V R R R U U U -=-?+=-+≈

-=

在U GS,off ≤U GS ≤0时，

2

GS 2of f GS,GS DSS D )4

(19.0)(1U

U U I I -=-=

解上面两个联立方程组，得

?????-==V 62.0mA 64.0GS D U I

漏源电压为

()()DS DD D D S 240.64101011.2V U

V I

R R =-+=-?+=

2．电压放大倍数

()()5

.710//105.1//L D m i

o U -=?-=-==R R g u u

A

;

3．输入电阻和输出电阻。

输入电阻M Ω05.164//2001000//G2G1G i =+=+=R R R r

输出电阻k Ω10//D D ds o =≈=R R r r

4-5 电路如题4-5图所示，V DD =18 V ，所用场效应管为N 沟道耗尽型，其跨导g m =2mA/V 。电路参数R G1=Ω, R G2=51kΩ, R G =10MΩ, R S =2 kΩ, R D =33 kΩ。试求： 1．电压放大倍数。

2．若接上负载电阻R L =100 kΩ,求电压放大倍数。 3．输入电阻和输出电阻。

4．定性说明当源极电阻R S 增大时，电压放大倍数、输入电阻、输出电阻是否发生变化如果有变化，如何变化

5. 若源极电阻的旁路电容C S 开路，接负载时的电压增益下降到原来的百分之几

DD

+u o

-

题4-5图

￥

解：

1．无负载时，电压放大倍数

66

332D m i

o U -=?-=-==R g u u

A

2．有负载时，电压放大倍数为

()()50

100//332//L D m i

o U -=?-=-==R R g u u

A 3．输入电阻和输出电阻。

输入电阻i G G1G2//10 2.2//0.05110M Ωr R R R =+=+≈ 输出电阻k Ω33D o ==R r

4．N 沟道耗尽型FET 的跨导定义为

D

DSS of f GS of f GS GS of f

GS DSS

m 2

of f GS GS

DSS D DS

GS D

m 2121i I U

U

U U I g U

U I i u i g u ，，，，常数

-=

???

? ??--=

∴???

? ??-

=??=

=

【

()

L D m i

o U //R R g u u

A -==

当源极电阻R S 增大时，有↓↓?↓?↓?↑?U m D GS S A g I U R 所以当源极电阻R S 增大时，跨导g m 减小，电压增益因此而减小。

输入电阻和输出电阻与源极电阻R S 无关，因此其变化对输入电阻和输出电阻没有影响。 5．若源极电阻的旁路电容C S 开路，接负载R L 时的电压增益为

()%205

22111//U U U

U S m U S m L D m i o U ='

=?+=+=+-=='A A A A R g A R g R R g u u A 既输出增益下降到原来的20%.

4-6 电路如题4-6图a 所示，MOS 管的转移特性如题4-6图b 所示。试求： 1．电路的静态工作点。 2．电压增益。 ￥

3．输入电阻和输出电阻。

u -

题4-6图a V 3V

题4-6图b

解：

1． 静态工作点的计算。

根据MOS 管的转移特性曲线，可知当U GS =3V 时，I DQ =。

此时MOS 管的压降为 V 7105.012D DQ DD DSQ =?-=-=R I V U 2．电压增益的计算。

根据MOS 管的转移特性曲线，U GS,off =2V ；当U GS =4V 时，I D =1mA 。

根据

2

of f GS GS

DSS D 1?

???

??-

=，U

U I I 解得I DSS =1mA 。

DS DSS GS D m GS

GS off

GS off 210.707mS u I U I g U U U =??-?=

=

-==

=-

?

???，，常数

)

电压增益-7.1

10707.0D m i

o U ≈?-=-==R g u u

A

3．输入电阻和输出电阻的计算 输入电阻∞=i r

输出电阻k Ω10D o ==R r

4-7 电路参数如题4-7图所示，场效应管的U GS,off =-1V ，I DSS =，r ds 为无穷大。试求： 1．静态工作点。 2．电压增益A U 。

3．输入电阻和输出电阻。

DD 题4-7图

o

-

解： ,

1．静态工作点计算

G2GSQ DD DQ S

G1G22GSQ DQ DSS GS,off 33

GSQ DQ DQ 2

GSQ 3DQ

DQ GSQ 10.047182100.412100.04720.510110.3mA 0.2V

R U U I R R R U I I U U I I U I I U ?

=-?+?

?

???=- ? ??

???

?=?-?=-??+?∴?-???=?- ??-???

=???

=-??将参数代入，得

解得：

2．电压增益A U 。

本题目电路中，有旁路电容C ，此时放大电路的电压增益为，

D

m GS

D

GS m U R g u R u g A -=-=

DS D m GS

2

GS D DSS GS off DSS

GS m GS off

GS off 1210.78mS u i g u U i I U I U g U U =?=

???

=- ?

????-∴=

-==

=

?

??常数

，，，

4

.233078.0D m GS

D

GS m U -=?-=-=-=

∴R g u R u g A

3．输入电阻和输出电阻的计算。

()

()

K Ω30M Ω10K 47//M 2M 10//D o G2G1G i ==≈+=+=R r R R R r :

4-8 电路如题4-8图所示。场效应管的g m =2mS ，r ds 为无穷大，电路中各电容对交流均可视为短路，试求:

1.电路的电压增益A U 。 2．输入电阻和输出电阻。

题4-8图

解：1.电路的电压增益A U 。

()()7

.612120//2021////U 1

m L D 1GS m L D GS m U -=?+?-

=∴+-=+-=）

（A R g R R g R u g u R R u g A m GS

2．输入电阻r i’和输出电阻r o’

()()

k Ω20M Ω5K 200M//51M 5//D o G2G1G i ==≈+=+=R r R R R r

4-9 电路如题4-9图所示。已知V DD =20V ，R G =51MΩ，R G1=200kΩ，R G2=200kΩ，R S =22 kΩ, 场效应管的g m =2mS 。试求： 】

1．无自举电容C 时，电路的输入电阻。 2．有自举电容C 时，电路的输入电阻。

题4-9图

u -

o -

DD

分析：电路中跨接在电阻R G 和源极S 之间的C 称为自举电容，该电容将输出电压信号u o 反馈到输入端的栅极G ，形成正反馈，提升了电路的输入电阻r i 。

关于负反馈电路的分析计算将在第7章详细介绍。 解：

1．无自举电容C 时电路输入电阻计算

根据电路可知，输入电阻为

()M Ω1.512.0//2.051//G2G1G i =+=+=R R R r 2．有自举电容C 时电路的输入电阻计算

*

此时交流等效电路如图题4-9图a 所示。

u -

题4-9图a

根据等效电路图，可知栅极对地的等效电阻为

G G

i i u i u r i i ==

其中电流

G o i R u u i i

-= 输出电压()

()S G2G1i o ////R R R u g i u gs m +=

当电流i i 很小时，()S G2G1o ////R R R u g u gs m ≈

;

电压放大倍数为

()()()()19

18

22//200//2001122//200//2001////1////////////S G2G1m S G2G1m S G2G1GS m S G2G1GS m i o U =

?+?=

+=

+==）（）（R R R g R R R g R R R u g u R R R u g u u A GS

M Ω

9695119191911918G i G

i G i

G o i =?===∴=-=-=∴R i u

r R u R u u R u u i i i i i

计算结果说明自举电容C 使电路的输入电阻提高了。

4-10 电路如题4-10图所示。已知g m =,R G1= R G2=1M Ω, R D =R L =3 k Ω,耦合电容C i =C o =10μF 。试求

1．电路的中频增益A U 。

2．估算电路的下限截止频率f L 。

3．当考虑信号源内阻时，高频增益计算公式。

题4-10图

u -

+u o -

DD

,

解：

1．电路的中频增益A U 。

()()U m D L // 1.653//3 2.48A g

R R =-=-?=-

2

．估算电路的下限截止频率f L

电路低频等效电路如题4-10图a 所示。

图4-10图a

R L

增益函数()()()()()()()o D o D i gs m i o D gs m i o U j 1j 11

//C R R C R R u u

g u C j R R u g u u A L L L +++?

-=????

???????? ??+-=

=ωωωωωωωω

()()()()()()

ωωωωωi i

G2G1i

G2G1i i

G2G1G2G1gs //j 1//j j 1

////u C R R C R R u C R R R R u ?+=

+=

整理得

()()()()()?

??

???+??????

?+++??-=i G2G1i G2G1o D o D m U //j 1//j j 1j 1C R R C R R C R R C R R g A L L ωωωωω 显然增益函数有两个极点和两个零点和两个极点。 零点分别为 ?????=????===-Hz 4.5101010321

21063o z2z1ππC R f f L

极点分别为

()()()()()????

??

?

=???+=+=+=≈??==--Hz

7.21010103321212101010M 1//M 121//2163o D o D p26

i G2G1p1πππππC R R C R R f C R R f L L 所以下限频率为Hz 4.5L =f

3．电路高频等效电路如题4-10图b 所示。

图4-10图b

+u s -

+

u o -

G

D

R s

高频增益函数为

()???? ??'?-==ds GS o s

o

C R R u g u u u

A ωωj 1////L D m Us

()??????? ?

?

'+'????? ??'-=∴'

+'

=gs gs ds s

gs gs C R R R C R R C R R g A u C j R R R C R R u ωωωωωωj 1//

//j 1//

//j 1////1

//

//j 1

//

//G2G1S G2G1L D m Us G2G1S G2G1GS

其中：

R s 为信号源内阻。

()gs U U ds gs U gs gs 1

1C A A C C A C C -=

'-+='

增益函数的两个极点分别为

()()'

+=

'=

gs ds

C R R R f C R R f G2G1S p2L

D

p1//21

//21

ππ

通常

S

G2G1p2p1//R R R f f >>>>，，所以高频截止频率为p2f

，

()'

≈

gs C R R f G2G1H //21

π