电子技术基础模拟部分 第五版 第五章作业题解答 田汉平 湖南人文斛故学院通信与控制工程系
电子技术基础模拟部分 第五版 第五章作业题解答 田汉平 湖南人文科技学院通信与控制工程系
湖南人文科技学院田汉平 5场效应管放大电路 5.1金属-氧化物一半导体(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vp=?(图中的假定正向为流进漏极) ID ip/mA ip/mA vGS/V 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Vp=-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 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i的 假定正向是它的实际方向)。试问 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 少? 解:由图题5.1.2可见,它是P沟道增 强型 MOSFET,其Vr=-4V。 5.1.3已知P沟道耗尽型 MOSFET的参 图题5.1.2
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湖南人文科技学院田汉平 数为Kp=0.2mA/V2,V=0.5V,i=-0.5mA(假定正向为流进漏极)。试 求此时的预夹断点栅源电压vcs和漏源电压vs等于多少? 解:在预夹断点,或饱和区,漏极电流为 即有 0.5 由此得 为使这一P沟道 MOSFET工作于饱和区,必须有 vps s(vcs -vp)=-1.08 V-0.5 V 因此,预夹断点处有 l.08V.V, 1.58V。 5.1.4设N沟道增强型 MOSFET的参数为Vr=1V,W=100μm,L= C C。x=76.7×10~F 当Vs=2Vr, MOSFET工 作在饱和区,试计算此时场效管的工作电流l 解 k咳knC 2L 100×10-4cm×650cm2/V·s×76.7×10-F/cm =498550×10F/V·s≈0.499×103F/V·s =0.499×10 3(C/V) =0.499×10 0.499mA/V 当Vs=2V1r时,由式(5.1.6)得 K(Ves -vr) =0.499×(2-1)2mA=0.499mA 5.2 MOSFET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Rn1=90k9,Ra2= 60kΩ,R4=30kQ,V=5V,vr=1V,Kn=0.1mA/V2。试计算电路的栅 源电压vcs和漏源电压Vnso 解 V, 5V=2V 90+60 设场效应管工作在饱和区,则漏极电流为 lD=Kn(Vs-V1)2=0.1×(2-1)2mA=0.1mA 漏源电压为
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湖南人文科技学院田汉平 Vs=VD-lRa=(5-0.1×30)V= 因为Vs=2Ⅴ>(vcs-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。 R B T R 图题5.2.1 图题5.2.2 5.2.2电路如图题5.2.2所示,设R1=R2=100k9,VD=5V,R4= 7.5kQ,V=-1V,Kp=0.2mA/V。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 100 解 5V=2.5V R1+R2 100+100 栅源电压为 (2.5-5)V=-2.5 设场效应管工作于饱和区,漏极电流为 lD=-Kp(vs-V1)2=-0.2×(-2.5+1)2mA=-0.45mA 漏源电压为 VDs=-VD-lDR=-5V+0.45×7.5V=-1.625V 由于VDs=-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Ra=10k9,R,= R=0.5k9,Rn=165kΩ,Ra2=35kΩ,Vr=0.8V,Kn=1mA/V2,场效应管 的输出电阻r=∞(λ=0),电路静态工作点处vs=1.5V。试求图5.2.2所 示共源极电路的小信号电压增益A,=和源电压增益An=。(提示:先根据 Kn、Vs和Vr求出gm,再求A1) 解:由式(5.1.18)有
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湖南人文科技学院田汉平 Ra d v R s R R1 R。 (a) 图题5.2.3 gm =2K(Ucs -Vr) 1mA/V2×(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 三 gnR。/(1+gnR) 4×10/(1+1.4×0.5) R;=R1Rn,≈28.9k9 A R+R 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I=0.5mA、VD= Vss=5V,R4=9kg,C,很大,对信号可视为 Rallis 短路。场效应管的V=0.8V,Kn=1mA/V2, 输出电阻r=∞。试求电路的小信号电压增 益A 解 A,=/v=-gmRd 由于栅极直流电流为零,所以源极的直流 电压s=-vs,栅源电压可由下式求得 白 Ipo =1=K(VGso -VT) 0.5=1×(vcso-0.8) 从而可得 图题5.2.4
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湖南人文科技学院田汉平 ves=-Vs≈1.51v VpsQ=VDD -IDoRd-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。 gm=2K,(VGso -Vr =2×1×(1.51-0.8)mS 故 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=0.75k9,R Ra=240k,R,=4kΩ。场效应管 的gm=13mS,r4=50k9。试求源 极跟随器的源电压增益A。=U。/v,、输 入电阻R1和输出电阻R。 解 R=Ra1‖Ra=120k2 由式(5215)和(52.16)可分别R 求出 R R‖r R U +R‖ra +R 0.74 120 ≈0.86 0.09+0.74124 图题5.2.5 R=R∥rn|1 ≈0.08k9=809 5.2.6电路如图题52.6所示,设场效应管的参数为gm1=0.8mS,A1= λ2=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tcs2=0,所以从源极看进去T2管的等效电阻R。= ra2。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
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湖南人文科技学院田汉平 B g1 g2,S2 图题5.2.6 图解5.2.6 由式(5.1.16b)可求出 Al0.01×0.2 故 A=-200 5.27电路如图题5.2.7(主教材图52.12a)所示,设场效应管的参数为 Em=0.7ms,A1=A2=0.01V。场效应管静态工作时的偏置电流IaEr= 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 k9=500k9 AlD0.01×0 由式(5.2.23)可求出 A.=°=-gm1(rl‖ra2)=-175
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湖南人文科技学院田汉平 5.2.8电路如图题5.2.8所示,设场效应管的参数为gm=1mS,gn2= 0.2mS,且满足1/gm1>Ra。(1)画出电路的小信号等 效电路;(2)求电压增益A,;(3)求放v;=s gmIUgsl ast[ gm2 L/a。 大器的输入电阻R 解:(1)画小信号等效电路。 忽略r,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 R 1×10 A ;1+gnR11+1×2 (3)求R R=Ra+(Ra|Ra2)=2075k9
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湖南人文科技学院田汉平 (20v) R 10k 300k 0.02μuF ld 2M9 R 2kn R 100k 10k9 RBI 图题5.2.9 图解52.9 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vns=4V 时的转移特性。 ip/mA,预夹断轨迹 0.8 Ⅱ区vGD=vGs-vDs= Ⅲ区 UGs=0V 0.6 预夹断点 0.2 /v 图题5.3.1 解:在输出特性中作v0s=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i及tcs值画在ib-vcs的直角 坐标系中,得转移特性i=f(vs)|ms4v,如图解5.3.1所示。 5.32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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湖南人文科技学院田汉平 Ⅲ区 UDs4V -0.4 -0.8 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JFET 共源放大电路如图解5.3.2所示。 /mA 20 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5.3.3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Ds各是多少? 解:由图题5.3.3可见,它是N沟道JFT,其V=-4V,Dss=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。 53.5四个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i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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