集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程-模電教材習(xí)題與習(xí)題解答-一篇3章

1、第三章場效應(yīng)晶體管及其電路分析題1.3.1絕緣柵場效應(yīng)管漏極特性曲線如圖題1.3.1 (a) (d)所示。(1) 說明圖(a)( d)曲線對應(yīng)何種類型的場效應(yīng)管。(2) 根據(jù)圖中曲線粗略地估計：開啟電壓Vt、夾斷電壓 Vp和飽和漏極電流Idss或Ido的數(shù)值。圖題1.3.1解： (a) 增強(qiáng)型 N 溝道 MOSt, VGs(th)沁 3V,I do 3mA(b) 增強(qiáng)型 P 溝道 MOSt, VGs(th)沁 2V,I do 2mA(c) 耗盡型型 P 溝道 MOSt, VGs(off)沁 2V,I dsQ 2mA(d) 耗盡型型 N 溝道 MOS 管，VGs(off) 2V,Idss 3mA

2、。題1.3.2場效應(yīng)管漏極特性曲線同圖題1.3.1 (a) (d)所示。分別畫出各種管子對應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線i D=f (Vgs)。解：在漏極特性上某一 VdS下作一直線，該直線與每條輸出特性的交點決定了Ms和I D的大小,逐點作出，連接成曲線，就是管子的轉(zhuǎn)移特性了。fi>.'inA I圖題1.3.3題1.3.3圖題1.3.3所示為場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線。試問:(1) Idss、 Vp值為多大？(2) 根據(jù)給定曲線，估算當(dāng)iD=1.5mA和iD=3.9mA時，gm約為多少?(3)根據(jù)gm的定義：gm，計算vgs= - 1V和vgs= - 3V時相對應(yīng)的gm值。 dvGS解: I D

3、s=5.5mA,V GS(off) =-5V;(2) I D=1.5mA 時，gm 0.88ms,l D=3.9mA 時，gm 1.76ms;(3) V gs=-1V 時，gm 0.88ms,V gs=-3V 時，gm 1.76ms題1.3.4由晶體管特性圖示儀測得場效應(yīng)管Ti和T2各具有圖題1.3.4的(玄)和(b)所示的輸出 特性曲線，試判斷它們的類型，并粗略地估計Vp或Vt值，以及Vds=5V時的Idss或Ido值。圖題1.3.4解：圖 耗盡型 PMOS管, VGs(off)=3V;當(dāng) Vds=5V 時，I Ds=2mA;圖(b)增強(qiáng)型 PMOS 管，VGs(th)=-4V;當(dāng) Vds=

4、5V 時，Ido1.8mA。題1.3.5某MOS場效應(yīng)的漏極特性如圖題1.3.5所示。試畫出Vds=9V時的轉(zhuǎn)移特性曲線,并定性分析跨導(dǎo)gm與Id的關(guān)系。圖題1.3.6解： 在Vds=9V處作一垂直線，交各 Vgs下的輸出特性，各交點決定了Vgs和l d，從而逐點描繪轉(zhuǎn)移特性曲線。從轉(zhuǎn)移特性曲線的某一點作切線，可得gm的大小。題1.3.6由MOS管組成的共源電路如圖題1.3.6所示，其漏極特性曲線同圖題1.3.5。(1) 試分析當(dāng)V|=2V、4V、8V、10V、12V時，該MOS管分別處于什么工作區(qū)。(2) 若 V|=8+6sin w t (V)，試畫出 i d 和 Vo ( Vds)的波形。

5、解：(1)V i=2V,4V時，MOSt工作在截止區(qū)；Vi=6V,8V時，MOSf工作在恒流區(qū)(放大區(qū));V=10V,12V時，MOS管工作在可變電阻區(qū);(2) 圖略。題1.3.7由N溝道增強(qiáng)型 MOSFET構(gòu)成的共源電路如圖題1.3.7 (a)所示，MOS管漏極特性曲線如圖(b)所示，試求解該電路的靜態(tài)工作點Q (注意圖中Vgs=Vds)。圖題1.3.7題 1.3.8V ds。解：由解：解題思路為：由VGS=V DS作出場效應(yīng)管的I-V特性，將VDS=VDD-lDRd=15-1.5ld負(fù)載線 方程作在I-V特性上并交于一點，就可決定I d ,V DS ,VGS參數(shù)。在圖題1.3.8所示的電路

6、中，設(shè) N溝道JFET的Idss =2mA , Vp= -4V。試求Id和I D = I DSS(1-求得:Id=0.5mA VGS =10V題1.3.9總結(jié)各種類型FET的偏置條件：(1) 說明場效應(yīng)管處于可變電阻區(qū)，恒流區(qū)(放大區(qū))和截止區(qū)的主要特征 (指Vds、Vgs和iD)(2) 為保證工作于放大區(qū)，Vds和Vgs的極性應(yīng)如何設(shè)置？在題表1.3.9 (a)和題表1.3.9(b) 中打 “V ”。解： (1)可變電阻區(qū)：場效應(yīng)管的溝道尚未預(yù)夾斷，VdsV Vss-VGS(th),I d隨VDs增加而較快增加。恒流區(qū)：場效應(yīng)管的導(dǎo)電溝道被預(yù)夾斷，VDs> VGS-VGS(th) ,V

7、 GS> VGS(th),| D基本不隨Vd增加而增大。截止區(qū)：場效應(yīng)管的溝道被完全夾斷，VgS< VGS(th) ,I D=0,V dS=VdD(注：指增強(qiáng)型NMOS管，其它類型只要注意電源極性，同樣可以給出)V)S 極性N溝道+P溝道-(2)表題 139-1Vss與Vds極性異冋耗盡型結(jié)型相反MOS可同可反增強(qiáng)型MOS相同表題 1.3.9-2N溝道場效應(yīng)管在可變電阻區(qū)的輸出特性。當(dāng)要求將其題1.3.10 圖題1.3.10 (a)所示為作為壓控電阻時，可接成圖(Vo/V|=1/3),應(yīng)選擇多大的b )所示的電路形式。若要求該電路得到1/3的分壓比Vgg?4 51.4I! 4恤 r

8、tl . 圖題1.3.10解：因 Vo = 1 ,所以 V0=VdS=0.5V,Vi3Id=(1.5V-0.5V)/6K 沁 0.167mA,由 Vds、Id 可從特性曲線上求得 Vgg 1.0V。 題1.3.11 圖題1.3.11所示電路中，已知FET的lDSS=2mA , Vp= -2V。(1) 求lD=2mA時Rs的取值范圍；(2) 求 Rs=20k Q時的 Id 值。解： (1)當(dāng)考慮 Vds=1V 時，Rs=09.5k Q(2) l D 1mA題1.3.12在圖題1.3.12 (a)所示的放大電路中，設(shè)輸入信號vs的波形和幅值如圖中所示,JET的特性如圖題1.3.12 ( b)所示，

9、試用圖解法分析：(1 )靜態(tài)工作點：VGSQ、dQ、v dsq ；(2)在同一個坐標(biāo)下，畫出Vs、iD和Vds的波形，并在波形圖上標(biāo)明它們的幅值。(3) 若Vgg改為-0.5V,其它條件不變，重畫iD、Vds波形；(4) 為使Vgg= -0.5V時，iD、vds波形不失真，重新選擇Rd的數(shù)值和靜態(tài)時的 Vdsq。解： (1)圖解過程：寫出輸出回路負(fù)載方程Vds=VdZ dR=20-1.2I d,將該方程作在題1.3.12(b)圖的特性曲線上與 VGg=-1V的輸出特性相交于 Q點，從而求得 Vgs=VggV dsqI dq等;(2)在靜態(tài)點的基礎(chǔ)上，畫出Us,iD和U DS的相應(yīng)波形。圖題1.

10、3.12題1.3.13 由P溝道結(jié)型場效應(yīng)管組成的電路和它的漏極特性曲線示于圖題1313( a)、( b)中。在 Vi= -10V , R=10k Q, Rd=5k Q, Vgg 分別為 0 V , 1V , 2V, 3V 時，求電路輸出 Vo 值各為多大？圖題1.3.13解：在特性曲線上作出輸出負(fù)載線I Vds I = I Vi | -15Id分別與Vgs=0V,1V,2V,3V的輸出特性交于一點，決定了此時的Id，再用丨 Vo I = I V i | -I dR 求得。題1.3.14試用三只電容量足夠大的電容器0、C2、C3,將圖題1.3.14所示放大電路分別組成CS、CD和CG組態(tài)，并在

11、圖中標(biāo)明各偏置電源和電解電容上的極性，以及信號的輸入、 輸出端子。(在電源前加正、負(fù)號，在電解電容正極性端加正號。)* 24 V圖題1.3.15圖題1.3.14解：該題的解法與題1.2.13類同，請參照1.2.13題。題1.3.15 設(shè)圖題1.3.15所示電路中FET的Idss =2mA , Vp= - 4V，試計算標(biāo)明在各電路中 的電壓或電流的大小。解： 圖(a)lD1mA 圖(b)VD11.16V。題1.3.16 在圖題1.3.16所示的FET基本放大電路中，設(shè)耗盡型FET的Idss =2mA ,Vp= - 4V ; 增強(qiáng)型 FET 的 Vt=2V , lDO=2mA。(1) 計算各電路的

12、靜態(tài)工作點；(2) 畫出交流通路并說明各放大電路的組態(tài)。何圖題1.3.16解：(1)圖(a):l DQ 0.5mA, Vgsq=-2V,V DSQ 3.8V;圖(b):l dQ 0.76mA, VgsQ-1.5V,V dsQ 8.5 V;圖(c):l dQ 0.25mA, VGsq=2.8V,V dsQ 13V;(2)在畫交流通路時，將電路圖中的電容器，電源畫成短路即可圖（a）為共源極放大電路（CS）;第三章場效應(yīng)晶體管及其電路分析題1.3.1絕緣柵場效應(yīng)管漏極特性曲線如圖題1.3.1（ a）（ d）所示。（3）說明圖（a）（ d）曲線對應(yīng)何種類型的場效應(yīng)管。（4）根據(jù)圖中曲線粗略地估計：開啟

13、電壓Vt、夾斷電壓 Vp和飽和漏極電流Idss或Ido的數(shù)值。圖題1.3.1解： （a） 增強(qiáng)型 N 溝道 MOSt, VGs（th）沁 3V,I do 3mA（b）增強(qiáng)型 P 溝道 MOSt, VGs（th）沁 2V,I do 2mA（c）耗盡型型 P 溝道 MOSt, VGs（off）沁 2V,I dsQ 2mA（d）耗盡型型 N 溝道 MOS 管，VGs（off） 2V,Idss 3mA。題1.3.2場效應(yīng)管漏極特性曲線同圖題1.3.1 （a） （d）所示。分別畫出各種管子對應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線i D=f （Vgs）。解：在漏極特性上某一 VdS下作一直線，該直線與每條輸出特性的交點決定了M

14、s和I D的大小,逐點作出，連接成曲線，就是管子的轉(zhuǎn)移特性了。fi>.'inA I圖題1.3.3題1.3.3圖題1.3.3所示為場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線。試問:（4）Idss、 Vp值為多大？（5）根據(jù)給定曲線，估算當(dāng)iD=1.5mA和iD=3.9mA時，gm約為多少?(6)根據(jù)gm的定義：gm，計算VGS= - 1V和VGS= - 3V時相對應(yīng)的gm值。 dvGS解: I Ds=5.5mA,V GS(off) =-5V;(2) I D=1.5mA 時，gm 0.88ms,l D=3.9mA 時，gm 1.76ms;(3) V gs=-1V 時，gm 0.88ms,V gs=-3V

15、 時，gm 1.76ms題1.3.4由晶體管特性圖示儀測得場效應(yīng)管Ti和T2各具有圖題1.3.4的(玄)和(b)所示的輸出 特性曲線，試判斷它們的類型，并粗略地估計Vp或Vt值，以及Vds=5V時的Idss或Ido值。圖題1.3.4解：圖 耗盡型 PMO管，VGs(off)=3V;當(dāng) Vds=5V 時，lDss=2mA;圖(b)增強(qiáng)型 PMOs 管，VGs(th)=-4V;當(dāng) Vds=5V 時，Ido1.8mA。題1.3.5某MOS場效應(yīng)的漏極特性如圖題1.3.5所示。試畫出Vds=9V時的轉(zhuǎn)移特性曲線,并定性分析跨導(dǎo)gm與Id的關(guān)系。圖題1.3.6解： 在Vds=9V處作一垂直線，交各 Vg

16、s下的輸出特性，各交點決定了Vgs和l d，從而逐點描繪轉(zhuǎn)移特性曲線。從轉(zhuǎn)移特性曲線的某一點作切線，可得gm的大小。題1.3.6由MOS管組成的共源電路如圖題1.3.6所示，其漏極特性曲線同圖題1.3.5。(3) 試分析當(dāng)V|=2V、4V、8V、10V、12V時，該MOS管分別處于什么工作區(qū)。(4) 若 V|=8+6sin w t (V)，試畫出 i d 和 Vo (vds)的波形。解：(1)V i=2V,4V時，MOSt工作在截止區(qū)；Vi=6V,8V時，MOSf工作在恒流區(qū)(放大區(qū));V=10V,12V時，MOS管工作在可變電阻區(qū);(2)圖略。題1.3.7由N溝道增強(qiáng)型 MOSFET構(gòu)成的共

17、源電路如圖題1.3.7 (a)所示，MOS管漏極特性曲線如圖(b)所示，試求解該電路的靜態(tài)工作點Q (注意圖中Vgs=Vds)。圖題1.3.7題 1.3.8V ds。解：由解：解題思路為：由VGS=V DS作出場效應(yīng)管的I-V特性，將VDS=VDD-lDRd=15-1.5ld負(fù)載線 方程作在I-V特性上并交于一點，就可決定I d ,V DS ,VGS參數(shù)。在圖題1.3.8所示的電路中，設(shè) N溝道JFET的Idss =2mA , Vp= -4V。試求Id和I D = I DSS(1-求得:Id=0.5mA VGS =10V題1.3.9總結(jié)各種類型FET的偏置條件：(3) 說明場效應(yīng)管處于可變電阻

18、區(qū)，恒流區(qū)(放大區(qū))和截止區(qū)的主要特征 (指Vds、Vgs和iD)(4) 為保證工作于放大區(qū)，Vds和Vgs的極性應(yīng)如何設(shè)置？在題表1.3.9 (a)和題表1.3.9(b)中打 “V ”。解： (1)可變電阻區(qū)：場效應(yīng)管的溝道尚未預(yù)夾斷，VdsV Vss-VGS(th),I d隨VDs增加而較快增加。恒流區(qū)：場效應(yīng)管的導(dǎo)電溝道被預(yù)夾斷，VDs> VGS-VGS(th) ,V GS> VGS(th),| D基本不隨Vd增加而增大。截止區(qū)：場效應(yīng)管的溝道被完全夾斷，VgS< VGS(th) ,I D=0,V dS=VdD(注：指增強(qiáng)型NMOS管，其它類型只要注意電源極性，同樣可以

19、給出)V)S 極性N溝道+P溝道-(2)表題 139-1Vss與Vds極性異冋耗盡型結(jié)型相反MOS可同可反增強(qiáng)型MOS相同表題 1.3.9-2N溝道場效應(yīng)管在可變電阻區(qū)的輸出特性。當(dāng)要求將其題1.3.10 圖題1.3.10 (a)所示為作為壓控電阻時，可接成圖(Vo/V|=1/3),應(yīng)選擇多大的b )所示的電路形式。若要求該電路得到1/3的分壓比Vgg?4 51.4I! 4恤 rtl . 圖題1.3.10解：因 Vo = 1 ,所以 V0=VdS=0.5V,Vi3Id=(1.5V-0.5V)/6K 沁 0.167mA,由 Vds、Id 可從特性曲線上求得 Vgg 1.0V。 題1.3.11 圖

20、題1.3.11所示電路中，已知FET的lDSS=2mA , Vp= -2V。(3) 求lD=2mA時Rs的取值范圍；(4) 求 Rs=20k Q時的 Id 值。解： (1)當(dāng)考慮 Vds=1V 時，Rs=09.5k Q(2)l D 1mA題1.3.12在圖題1.3.12 (a)所示的放大電路中，設(shè)輸入信號vs的波形和幅值如圖中所示,JET的特性如圖題1.3.12 ( b)所示，試用圖解法分析：(5) 靜態(tài)工作點：VGSQ、dQ、v dsq ；(6) 在同一個坐標(biāo)下，畫出Vs、iD和Vds的波形，并在波形圖上標(biāo)明它們的幅值。(7) 若Vgg改為-0.5V,其它條件不變，重畫iD、Vds波形；(8

21、) 為使Vgg= -0.5V時，iD、vds波形不失真，重新選擇Rd的數(shù)值和靜態(tài)時的 Vdsq。解： (1)圖解過程：寫出輸出回路負(fù)載方程Vds=VdZ dR=20-1.2I d,將該方程作在題1.3.12(b)圖的特性曲線上與 VGg=-1V的輸出特性相交于 Q點，從而求得 Vgs=VggV dsqI dq等;(2)在靜態(tài)點的基礎(chǔ)上，畫出Us,iD和U DS的相應(yīng)波形。圖題1.3.12題1.3.13 由P溝道結(jié)型場效應(yīng)管組成的電路和它的漏極特性曲線示于圖題1313( a)、( b)中。在 Vi= -10V , R=10k Q, Rd=5k Q, Vgg 分別為 0 V , 1V , 2V, 3V 時，求電路輸出 Vo 值各為多大？圖題1.3.13解：在特性曲線上作出輸出負(fù)載線I Vds I = I Vi | -15Id分別與Vgs=0V,1V,2V,3V的輸出特性交于一點，決定了此時的Id，再用丨 Vo I = I V i |