电子技术基础模拟部分 第五版 5场效应管放大电路 5.1金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管 5.1,1图题5.1.1所示为MOSFET的转移特性，请分别说明各属于何种 沟道。如是增强型，说明它的开启电压V,=？如是耗尽型，说明它的夹断电 压V。=?(图中。的假定正向为流进漏极 D/MA ip/mA 210 (a) (b) (c) 图题5.1.1 解：由图题5.1.1可见图a为N沟道耗尽型MOSFET,其V。=-3V;图 b为P沟道耗尽型MOSFET,其V。=2V;图c为P沟道增强型MOSFET,其 Vx=-4V。 5.1.2 一个MOSFET的转移特性如图题5.1.2所示（其中漏极电流。的 假定正向是它的实际方向)。试问： ip/mA (1)该管是耗尽型还是增强型？ (2)是N沟道还是P沟道FET? (3)从这个转移特性上可求出该FET具 有夹断电压V,还是开启电压V,?其值等于多 解：由图题5.1.2可见，它是P沟道增 -Uas/V 强型MOSFET,其V,=-4V。 -2 5.1.3已知P沟道耗尽型MOSFET的参 图题5.1.2
电子技术基础模拟部分 第五版
数为K,=0.2mA/V2,V,=0.5V,p=-0.5mA(假定正向为流进漏极)。试 求此时的预夹断点栅源电压和漏源电压"等于多少？ 解：在预夹断点，或饱和区，漏极电流为 io=-Kp(vcs -Vp)2 即有 -0.5=-0.2(vcs-0.5) 由此得 es=-1.08V 为使这一P沟道MOSFET工作于饱和区，必须有 s≤(mcs-V)=-1.08V-0.5V=-1.58V 因此，预夹断点处有：Vs=-1.08V,Vs=-1.58V。 5.1.4设N沟道增强型M0SFET的参数为V,=1V,W=100um,L= 5um,4.=650cm2/V·s,C=76.7×10-9F/cm2。当Vcs=2V,M0SFET工 作在饱和区，试计算此时场效管的工作电流I。 解： k =Wu.C 2L =100×10cmx650cm2/V·s×76.7×109E/cm 2×5×10-4cm =498550×10-9F/V·s≈0.499×10-3F/V·s -0.49×10-(C2=0.49x10合=0.499nAy V·s 当Vcs=2V,时，由式(5.1.6)得 Ip =K (Vcs -V)2 =0.499×(2-1)2mA=0.499mA 5.2M0SFET放大电路 5.2.1电路如图题5.2.1（主教材图5.2.1b)所示，设R。=90k0,R2= 60k2,R4=30kn,Vo-5V,V,=1V,K。=0.1mA/V2。试计算电路的栅 源电压Vcs和漏源电压Vs。 R2 解： 60 Vos-+ReVoo-9060X5 V-2 V 设场效应管工作在饱和区，则漏极电流为 lb=K.(Vcs-V)2=0.1×(2-1)2mA=0.1mA 漏源电压为 2
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V0s=Vn-1oR。=(5-0.1×30)V=2V 因为Vs=2V>(Vs-V,)=(2-1)V=1V,场效应管确实工作在饱和区， 所以上面的分析是正确的。 Ra 图题5.2.1 图题5.2.2 5.2.2电路如图题5.2.2所示，设R,=R,=100kD,Vm=5V,R,= 7.5k,V=-1V,K。=0.2mA/V2。试计算图题5.2.2所示P沟道增强型 MOSFET共源极电路的漏极电流I,和漏源电压Vs。 R, 解： 100 VeR+RVm-100+100×5V=2.5V 栅源电压为 Vcs=V。-Vo=(2.5-5)V=-2.5V 设场效应管工作于饱和区，漏极电流为 10=-K,(Vcs-V)2=-0.2×(-2.5+1)2mA=-0.45mA 漏源电压为 Vs=-Vn-1nR。=-5V+0.45x7.5V=-1.625V 由于Vs=-1.625V<(Vcs-V)=(-2.5+1)V=-1.5V,说明场效应 管的确工作于饱和区。 5.2.3电路如图题5.2.3a(主教材图5.2.2)所示。已知R:=10kD,R,= R=0.5k2,R=165k2,Re=35k,V,=0.8V,K。=1mA/V2,场效应管 的输出电阻ra=∞(A=0),电路静态工作点处Vcs=L.5V。试求图5.2.2所 示共源极电路的小信号电压增益A一受和源电压增益A。一受。（提示：光根据 K.、Vcs和V,求出g。,再求A) 解：由式(5.1.18)有
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(b) 图题5.2.3 8m=2K,(vcs-V) =2×1mA/W2×(1.5V-0.8V) =1.4mS 由图题5.2.3a的小信号模型电路图题5.2.3b(主教材图5.2.9)可求出 A.=U,/0=-gmR4/(1+gnR) =-1.4×10/(1+1.4×0.5)≈-8.24 R=R‖Re=28.9k2 A受=ARR-824×290-81 R 28.9 5.2.4电路如图题5.2.4（主教材图 5.2.3)所示。设电流源电流1=0.5mA、Vn= Vs=5V,R=9kD,C,很大，对信号可视为 短路。场效应管的V,=0.8V,K。=1mA/V2 输出电阻=∞。试求电路的小信号电压增 益A,。 解： A=0,/,=-gmR4 由于棚极直流电流为零，所以源极的直流 电压V,=-Vcso,栅源电压可由下式求得 Ibo=I=K(Vcso -VT)2 0.5=1×(Vc50-0.8)2 从而可得 图题5.2.4
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Vc0=-V3≈1.51V Vose VDD Ipg Ra-Vs =[5-0.5×9-(-1.51)]V=2.01V 可以证明场效应管的确工作于饱和区。 8。=2K.(Vcs0-V) =2×1×(1.51-0.8)mS =1.42mS A.=-gnR4=-1.42×9=-12.78 5.2.5电路如图题5.2.5（主教材图5.2.10a)所示。设R=0.75k,R =R2=240kD,R,=4k0。场效应管 的gm=11.3mS,ra.=50k2。试求源 极跟随器的源电压增益A。=U,、输 入电阻R,和输出电阻R。 C 解：R,=R‖Re=120kn 由式(5.2.15)和(5.2.16)可分别R 求出 Rllra(R. +RR+R 09674×12-086 图题5.2.5 R=Rl =0.08k2=80n 5.2.6电路如图题5.2.6所示，设场效应管的参数为g1=0.8mS,入1 A2=0.01V-。场效应管的静态工作电流I。=0.2mA。试求该共源放大电路 的电压增益。 解：考虑到负载管的2=0，.所以从源极看进去T2管的等效电阻R。= T2。因此，图题5.2.6的小信号等效电路如图解5.2.6所示。由图可求出电 路的小信号电压增益为 5
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D 图题5.2.6 图解5.2.6 =-g(aa） 由式(5.1.16b)可求出 1 au=/a-A7-0.01x0.2k0=500kn A=-200 5.2.7电路如图题5.2.7（主教材图5.2.12a)所示，设场效应管的参数为 g=0.7mS,A:=A2=0.01V-。场效应管静态工作时的偏置电流Ir= 0.2mA。试求该CMOS共源放大电路的电压增益A,。 解：由式(5.1.16b)可求出 7u=a-A7-0.01x0.2kn=50kn 由式(5.2.23)可求出 A,==-g()=-175
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5.2.8电路如图题5.2.8所示，设场效应管的参数为g1=1mS,g2= 0.2mS,且满足1/gm1R:。(1)画出电路的小信号等 效电路；(2)求电压增益A,；(3)求放 大器的输人电阻R。 解：(1)画小信号等效电路。 忽略T,可画出图题5.2.9的小信 号等效电路，如图解5.2.9所示。 图解5.2.8 (2)求A, -8mR4 -1x10=-3.3 F0=1+g.R1+1x2 (3)求R R,=Re+(R7Re）=2075k2
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图题5.2.9 图解5.2.9 5.3结型场效应管(JFET) 5.3.1试从图题5.3.1（主教材图5.3.5b)的输出特性中，作出s=4V 时的转移特性。 io/mA,预夹断轨迹 0.8 Ⅱ区vGD=vGs-vps- Ⅲ区 VGs-0V 0. 预夹断点 -0.4 -0.8 4812T1620gW 图题5.3.1 解：在输出特性中作s=4V的一条垂线，此垂线与各条输出特性曲线 的交点分别为a、b、c,将a、b、c各点所对应in及"cs值画在n-cs的直角 坐标系中，得转移特性io=f("cs）|sv,如图解5.3.1所示。 5.3.2考虑P沟道FET对电源极性的要求，试画出由这种类型管子组成
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p/mA Ⅲ区vas0 -04 -0.8 20/V 图解5.3.1 的共源放大电路。 解：P沟道JFET与N沟道对电源极性要求相反，因此，可画P沟道FET 共源放大电路如图解5.3.2所示。 9-'oo R in/mA g R uas八 -4 -20T 图解5.3.2 图题5.3.3 5.3.3一个JFET的转移特性曲线如图题53.3所示，试问 (1)它是N沟道还是P沟道的FET? (2)它的夹断电压V,和饱和漏极电流1s各是多少？ 解：由图题5.3.3可见，它是N沟道JFET,其V。=-4V,Ioss=3mA。 5.3.4试在具有四象限的直角坐标上分别画出各种类型FET(包括N沟 道、P沟道MOS增强型和耗尽型，JFET P沟道、N沟道耗尽型)的转移特性示意 图，并标明各自的开启电压或夹断电压。 解：各类场效应管转移特性的示意图如图解5.3.4所示。 5.3.5四个FET的转移特性分别如图题5.3.5a、b、c、d所示，其中漏 极电流。的假定正向是它的实际方向。试问它们各是哪种类型的FET?
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N沟道JFET 0 P沟道FET 图解 3.4 (a) (c) (d) 图题5.3.5 解：由图题5.3.5可见：图a为P沟道JFET;图b为N沟道耗尽型 MOSFET;图c为P沟道耗尽型MOSFET;图d为N沟道增强型MOSFET。 5.3.6已知电路形式如图题5.3.6a所示，其中管子输出的特性如图题 5.3.6b所示，电路参数为R:=25kn,R=1.5kn,R,=5M0,Vo=15V。 试用图解法和计算法求静态工作点Q。 解：(1)图解法 ①根据os=Vp-io(R。+R)在输出特性上作负载线MN,如图解5.3.6 所示。 ②作负载转移特性。 ③根据cs=-iR作源极负载线0A,此负载线与负载转移特性曲线的交 点Q'即静态工作点。在负载转移特性和输出特性上可找到静态工作点的数值 为Vc0≈-0.35V,1o≈0.22mA,Vw=9.5V
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