模拟电子电路基础答案第四章答案

简述耗尽型和增强型MOS 场效应管结构的区别；对于适当的电压偏置（V DS >0V ，V GS >V T ），画出P 沟道增强型MOS 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：耗尽型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V GS 产生沟道。

随着V SG 逐渐增大，栅极下面的衬底表面会积聚越来越多的空穴，当空穴数量达到一定时，栅极下面的衬底表面空穴浓度会超过电子浓度，从而形成了一个“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一个负电压DS V ，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D i 。当SG v 一定，而SD v 持续增大时，则相应的DG v 减小，近漏极端的沟道深度进一步减小，直至DG t v V =，沟道预夹断，进入饱和区。电流D i 不再随SD v 的变化而变化，而是一个恒定值。

考虑一个N 沟道MOSFET ，其n

k '=?50μA/V 2，V t ?=?1V ，以及W /L ?=?10。求下列情况下的漏极电流：

（1）V GS?=?5V 且V DS?=?1V ； （2）V GS?=?2V 且V DS?=?； （3）V GS?=?且V DS?=?； （4）V GS?=?V DS?=?5V 。

(1) 根据条件GS t v V …，()DS GS t v v V <-，该场效应管工作在变阻区。

()2D n GS t DS DS 12W i k v V v v L ⎡⎤'=--⎢⎥⎣⎦

= (2) 根据条件GS t v V …，()DS GS t v v V >-，该场效应管工作在饱和区。

()2

D n GS t 12W i k v V L

'=-= (3) 根据条件GS t v V <，该场效应管工作在截止区，D 0i =

(4) 根据条件GS t v V …，()DS GS t v v V >-，该场效应管工作在饱和区

()2

D n GS t 12W i k v V L

'=-=4mA

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，并确定夹断电压或开启电压值。

图题

图（a ）P 沟道耗尽型 图 (b) P 沟道增强型

一个NMOS 晶体管有V t?=?1V 。当V GS?=?2V 时，求得电阻r DS 为1k?。为了使r DS?=?500?，则V GS

为多少？当晶体管的W 为原W 的二分之一时，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()D n GS t DS W i k v V v L

'≈- ()n

GS t 1DS DS D v r i W k v V L

=≈'-

当1DS r k =Ω时，代入上式可得2n 1W k mA V L '= 则1DS r k =Ω时，()()GS t GS GS t 210.5231k v V V v V mA v V V

Ω=⇒-=⇒=- 当晶体管的W 为原W 的二分之一时，当V GS?=?2V 时，2DS r k =Ω 当晶体管的W 为原W 的二分之一时，当V GS?=?3V 时，1DS r k =Ω （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V GS?=?0V 时的耗尽区，并简述工作原理。 解：（1） (2)

D

用欧姆表的两测试棒分别连接JFET 的漏极和源极，测得阻值为R 1，然后将红棒（接负电压）同时与栅极相连，发现欧姆表上阻值仍近似为R 1，再将黑棒（接正电压）同时与栅极相连，得欧姆表上阻值为R 2，且R 2>> R 1，试确定该场效应管为N 沟道还是P 沟道。

解：GS 0v <时，低阻抗，GS 0v >时，高阻抗，即GS 0v <时导通，所以该管为P 沟道JFET 。

在图题所示电路中，晶体管VT 1和VT 2有V t?=?1V ，工艺互导参数n k '=100μA/V 2

。假定??=?0，

求下列情况下V 1、V 2和V 3的值：

（1）(W /L )1?=?(W /L )2?=?20； （2）(W /L )1?=?(W /L )2?=?20。

图题

（1） 解：因为(W /L )1?=?(W /L )2?=?20；电路左右完全对称，则D12I 50D I A μ==

则有1215204D V V V I k V ==-⨯Ω=

4GD t V V V =-

()2

D n GS t 1 1.222GS W I k V V V V L

'=-⇒= 3 1.22s V V V ∴==-

（2） 解：因为(W /L )1?=?(W /L )2?=?20，1

2

1.5D D I I ∴

=，同时12100D D I I A μ+= 可求得：1260,40D D I A I A μμ==

则有11520 3.8D V V I k V =-⨯Ω=，22520 4.2D V V I k V =-⨯Ω=

1 3.8GD t V V V =-

2 4.2GD t V V V =-

()

()2

D1n GS t 1

1 1.2452GS W I k V V V V L '=-⇒= 3 1.245s V V V ∴==-

场效应管放大器如图题所示。n

k '(W /L )=V 2，t 2V V = （1）计算静态工作点Q ； （2）求A v 、A vs 、R i 和R o 。

2

图题

解：（1）0G V =Q ，18182GS S D S D V V I R I ∴=-=-=- 考虑到放大器应用中，场效应管应工作在饱和区，则有：

()2

D n GS t 12W I k V V L

'=- 代入上式可得：2

D

D 17640I I -+= 解得D111.35mA I =，D2 5.65mA I =，当D111.35mA I =时场效应管截止。

因此，D D2 5.65mA I I ==，GS 1811.3 6.7V V =-=，D 182 5.65 6.7V V

=-⨯=，

DS 6.7( 6.7)13.4V V =--=

(2) D m OV 211.3

2.44.7

I g ms V ≡

==，忽略厄尔利效应 ()o

v m D L i

// 4.36v A g R R v =

=-=- i

i G i

100v R R k i =

==Ω i

vs v

i sig 3.96R A A R R =

=-+

o D 2R R k ≈=Ω

图题所示电路中FET 的t 1V V =，静态时I DQ?=?，n

k '(W /L )=V 2求： （1）源极电阻R 应选多大？

（2）电压放大倍数A v 、输入电阻R i 、输出电阻R o ； （3）若C 3虚焊开路，则A v 、R i 、R o 为多少？