4场效应管放大电路 4.1.1试从图4.1.5b的输出特性中,作出vms=4V时的转移特性 预夹断轨迹 图4.1.5(b) 解在输出特性中作vms=4V的一条垂线,此垂线与各条输出特性曲线的交点分别为 c,将a、b、c各点所对应的i及vas值画在ip-v的直角坐标系中,得转移特性i= f(vg) 如图解4.1.1所示。 Uus=4V 0.8-0.40cs/V Urs/V 图解 4.1.2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,可画出P沟道JFET共源放大电路 如图解4.1.2所示。 4.1.3一个JFET的转移特性曲线如图题4.1.3所示,试问 (1)它是N沟道还是P沟道FET (2)它的夹断电压VP和饱和漏极电流Is各是多少?
解由图题4.1.3可见,它是N沟道JFET,其Vp=-4V,Is=3mA 图解4.1.2 图题4.1.3 4.3.1图题4.3.1所示为 MOSFET的转移特性,请分别说明各属于何沟道?如是增强型 说明它的开启电压Vr=?如是耗尽型,说明它的夹断电压Vp=?(图中i的假定正向为流进 ip/mAl ip/mA 图题4.3.1 解由图题4.3.1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Vp=2V;图c为P沟道增强型 MOSFET,其Vr=-4V。 4.3.2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,并标出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4.3.2所示。 4.33一个 MOSFET的转移特性如图题4.3.3所示(其中漏极电流in的方向是它的实际 方向)。试问 (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的夹断电压Vp还是开启电压V?其值等于多少?
解由图题4.3.3可见,它是P沟道增强型 MOSFET,其Vr=-4V NMOS 耗尽型 增强型 N沟道JFET PMOS P沟道JFET PMOS 增强型耗尽型 图解4.3.2 图题4.3.3 4.3,4四个FET的转移特性分别如图题4.3.4a、b、c、d所示,其中漏极电流i的方向是它 的实际方向。试问它们各是哪种类型的FET? 图题4.3.4 解由图题4.3.4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。 4.4.1增强型FET能否用自偏压的方法来设置静态工作点?试说明理由。 解由于增强型MOS管在v=0时,i=0(无导电沟道),必须在|us>1V+(Vr为开 54
启电压)时才有in,因此,增强型的MOS管不能用自偏压的方法来设置静态工作点。 4.4.2已知电路形式如图4.4.1a所示,其中管子输出特性如图题4.4.2所示,电路参数为 Ra=25k,R=1.5k0,R2=5MQ,Vm=15V。试用图解法和计算法求静态工作点Q。 /Gs=0.2 V 0. 图 图题4.4.2 解(1)图解法 ①根据vs=Vm-in(R4+R)在输出特性上作负载线MN,如图解4.4.2所示。 图解4 ②作负载转移特性。 ③根据vs=-iDR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Vc≈-0.35V,lb≈ (2)计算法 由输出特性可知,Vp=-1V,ms=0.5mA。根据 R
D=0.5(1+vos)2mA 有 Imacs=-1.5 inV I L En (4.4.2-2) 解方程组(4.4.2-2)得 I≈0.22mA (0 Vmo≈Vmo-ln(Ra+R)≈9.2V 4.4.3在图题4.4.3所示FET放大电路中,已知Vm=20V -2V,管子参数Is=4mA,Vp=-4V。设C1、C2在交流 通路中可视为短路。(1)求电阻R1和静态电流I;(2)求正常放 大条件下R2可能的最大值[提示:正常放大时,工作点落在放大区 (即恒流区)];(3)设可忽略,在上述条件下计算A和R。‖ 解(1)求I和R1 IDo=Ir 4mA(1 -4 2 V R I ma-2 ka 图题4.4.3 (2)求R2m 为使Q点落在放大区,应满足 Vms≥Vs-V 即 Vso=-2V-(-4V)=2V 故有 R 2ImeK (R+R (10k+2k) 6 kQ (3)计算A和R 21 由 (当Vp≤Uos≤0时) 2×4mA 4 V 有 4 V 忽略R。的影响,可得 A 1ms×10k 1+1mS(2+6)kn
R。≈Ra=10 4.4.4已知电路参数如图题4.4.4所示,FET工作点上的互导gm=1mS,设rd>Ra。(1 画出小信号等效电路;(2)求电压增益Ay;(3)求放大电路的输入电阻R 解(1)画小信号等效电路 图解4.4.4 忽略r,可画出图题4.44的小信号等效电路,如图解4.44所示。 (2)求Av A.V2=gRa=-1×10=-3.3 +gmR11+1× (3)求R R=R,+(R R 4.4.5源极输出器电路如图题4.4.5所示。已知FET工作点上的互导gn=0.9mS,其他 参数如图中所示。求电压增益Ay输入电阻R1和输出电阻R 0.02F 图题4.4.5 解(1)求A
Ay=gmt 0.9×12 +0.9×12÷0.92 求R1和R R1=R3+(Ra+Ra)≈2075k ≈1.02kQ R 4.4.6FET恒流源电路如图题4.4.6所示。设已知管子的参数gm、r4,试证明AB两端的 小信号等效电阻rA为 TAB=R+(1+gR)r 图题4.4.6 图解4.4.6 解求AB两端的小信号等效电阻rA的等效电路如图解44.6所示。由图可得 Ir /a (+R)+了 考虑到H=gmra,则由式(4.4.6-1)有 rAB=rd+(1+rg)R=R+(1+gr)ra 可见管子漏极对地的输出电阻R(=rA)大为增加,由rd变为R+(1+gmR)r4,因此这 电路可作为电流源用。 4.5.1电路参数如图题4.5.1所示。设FET的参数为gm=0.8mS,r4=200ka; 3AG29(T2)的B=40,rm=1k。试求放大电路的电压增益Av和输入电阻R
图题4.5.1 图解4.5.1 解(1)求A 由于ra>Ra,故ra可忽略,图题4.5.1的小信号等效电路如图解4.5.1所示。由图有 IR4=I[re+(1+B)R。] =+(1+B)R。;_1+(1+40)×0.18 R i=-(i+i)=-9.38i=gmV 1=9.38 V。=gmV。R-BiR=-9.38iR-401R=-49.38iR 49.38-9.38R=49.38 0.8V g×2≈8.3V V。=9.3 V8.3V v19.3V (2)求R R1=Ra+(Ra‖Ra)≈Ra3=5.1MQ 4.52电路如图题4.5.2所示。设两个FET的参数完全相同 试证明:(1)电压增益为 A [ra+(1+p)R1] 2ra+(1+p)(R1+R2 (2)输出电导为 R。n4+(1+)R1r4+(1+、 图题4.5.2 (3)如果R1=R2=R,试求Ay和R
解(1)求Ay表达式 题4.52的小信号等效电路如图解4.5.2a所示。 由图可得 IR, (4.5.2-1) v=,R2 (4.5.2-2) u(Vel+ Vee)= I(2rd+RI+R2) 图解4.5.2 将式(4.5.2-1)和(4.5.2-2)代入式(4.5.2-3),得 u(-IR,+V.-iR2)=i(2Y+R2+R,) Av,=I[2ra+(1+p)(R1+R2)] 即 =[2r+(1+p)(R1+R2) 而 V. =uVel-I(R,+ra)=-/R-I(RI+ra) =-I[ra+(1+p)R1]
()即A=÷2+(1+)(R1+R) (2)求G。表达式=。A, 求G。的等效电路如图解4.5.2b所示。由图有 ,的(v=1R1人 干出,)人v。=一了R 解得 I1 变 ra+(1+p)R1 i.+Ave- vr7 R2. at R 故有12- 1=1+1=1[+(+)R+元+(+)R .v7+(1+)R十+(1+)R (3)当R1=R2=R时 A==tn+(1+)R]=E 2ra+(1+p)·2R R 1rd+(1+g)R 4.5.3图题4.5.3为一带自举电路的高输入阻抗射极跟随器。试定性说明:(1)电压增益接 10 3k0 I MO 图题4.5.3 61