模拟电子电路基础答案(胡飞跃)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

1

DS

DS

D

v

r

i W

k v V

L

=≈

'-

当1

DS

r k

=Ω时，代入上式可得2

n

1

W

k mA V

L

'=

则1

DS

r k

=Ω时，

()

()

GS t GS

GS t

2

1

0.523

1

k 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，2

DS

r k

=Ω

当晶体管的W为原W的二分之一时，当V GS?=?3V时，1

DS

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)

p 型

G

S

N +N +

耗尽层

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 =-<，可得该电路两管工作在饱和区。则有：

()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+=