1、4.1 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（ VDS0V，VGSVT），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 VGS产生沟道。 随着 VSG 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 DSV
2、 ，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 Di 。当 SGv 一定，而 SDv 持续增大时，则相应的 DGv 减小，近漏极端的沟道深度进一步减小，直至 DG tvV ，沟道预夹断，进入饱和区。 电流 Di 不再随 SDv 的变化而变化，而是一个恒定值。 4.2 考虑一个 N 沟道 MOSFET，其 nk = 50A/V2， Vt = 1V，以及 W/L = 10。求下列情况下的漏极电流： （ 1） VGS = 5V且 VDS = 1V； （ 2） VGS = 2V且 VDS = 1.2V； （ 3） VGS = 0.5V且 VDS =
3、0.2V； （ 4） VGS = VDS = 5V。 (1) 根据条件 GS tvV ， DS GS tv v V，该场效应管工作在变阻区。 2D n G S t D S D S12Wi k v V v vL =1.75mA (2) 根据条件 GS tvV ， DS GS tv v V，该场效应管工作在饱和区。 2D n G S t12 Wi k v VL=0.25mA (3) 根据条件 GS tvV ， 该场效应管工作在截止区， D 0i (4) 根据条件 GS tvV ， DS GS tv v V，该场效应管工作在饱和区 2D n G S t12 Wi k v VL=4mA 4.3 由实验
4、测得两种场效应管具有如图题 4.1 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 4.1 图（ a） P 沟道耗尽型 图 (b) P 沟道增强型 4.4 一个 NMOS 晶体管有 Vt = 1V。当 VGS = 2V时，求得电阻 rDS为 1k。为了使 rDS = 500，则 VGS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 G S t D SWi k v V vL n G S t1DSDS Dvr iWk v VL 当 1DSrk时，代入上式可得 2n 1Wk mA VL 则 1DSrk时
5、， G S t G SG S t2 10 . 5 2 31k v V V v VmA vVV 当晶体管的 W 为原 W 的二分之一时，当 VGS = 2V时， 2DSrk 当晶体管的 W 为原 W 的二分之一时，当 VGS = 3V时， 1DSrk 4.5 （ 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 VGS = 0V时的耗尽区，并简述工作原理。 解：（ 1） (2) p 型GDSNN耗 尽 层4.6 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 R1，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 R1，再将黑棒
6、（接正电压）同时与栅极相连，得欧姆表上阻值为 R2，且 R2 R1，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 J F ET 。 4.7 在图题 4.2 所示电路中，晶体管 VT1 和 VT2 有 Vt = 1V，工艺互导参数 nk =100A/V2。假定 = 0，求下列情况下 V1、 V2 和 V3 的值： （ 1） (W/L)1 = (W/L)2 = 20； （ 2） (W/L)1 = 1.5(W/L)2 = 20。 图题 4.2 （ 1） 解：因为 (W/L)1 = (W/L)2 =
7、 20； 电路左右完全对称，则 D1 2I 50DIA 则有 1 2 15 2 0 4DV V V I k V 4GD tV V V ，可得该电路两管工作在饱和区。则有： 2D n G S t1 1 . 2 22 GSWI k V V V VL 3 1.22sV V V （ 2） 解：因为 (W/L)1 = 1.5(W/L)2 = 20， 12 1.5DDII，同时 12100DDI I A 可求得： 126 0 , 4 0DDI A I A 则有 115 20 3.8DV V I k V ， 225 20 4.2DV V I k V 1 3.8GD tV V V ， 2 4.2GD tV V
8、 V 可得该电路两管工作在饱和区。则有： 2D 1 n G S t11 1 .2 4 52 GSWI k V V V VL 3 1.245sV V V 4.8 场效应管放大器如图题 4.3 所示。 nk (W/L)=0.5mA/V2， t 2VV （ 1）计算静态工作点 Q； （ 2）求 Av、 Avs、 Ri 和 Ro。 2图题 4.3 解：（ 1） 0GV ， 18 18 2GS S D S DV V I R I 考虑到放大器应用中，场效应管应工作在饱和区，则有： 2D n G S t12 WI k V VL 代入上式可得： 2DD17 64 0II 解得 D1 11.35mAI ， D2
9、 5.65mAI ，当 D1 11.35mAI 时场效应管截止。 因此， D D 25 .6 5 m AII ， GS 18 11. 3 6. 7 VV ， D 18 2 5.6 5 6.7VV ，DS 6. 7 ( 6. 7 ) 13. 4VV (2) Dm OV2 11.3 2.44.7Ig m sV ， 忽略厄尔利效应 ov m D Li / / 4 .3 6vA g R Rv iiGi 100vR R ki iv s vi sig 3 .9 6RAARR oD2R R k 4.9 图题 4.4 所示电路中 FET 的 t 1VV ，静态时 IDQ = 0.64mA， nk (W/L)=
10、0.5mA/V2 求： （ 1）源极电阻 R 应选多大？ （ 2）电压放大倍数 Av、输入电阻 Ri、输出电阻 Ro； （ 3）若 C3 虚焊开路，则 Av、 Ri、 Ro 为多少？ 图题 4.4 解：（ 1）G 1001 8 6 V2 0 0 1 0 0V 2D n G S t1 2 .62 GSWI k V V V VL 2.4 VS G GSV V V 3.75SDQVRkI (2) Dm OV2 0.8Ig msV， 忽略厄尔利效应 ov m D Li / / 4 .8vA g R Rv iiGi (1 0 0 2 0 0 ) 1 0vR R k k Mi oD10R R k （ 3）
11、 m D Lov im/1g R RvA v g R =1.2 iiGi (1 0 0 2 0 0 ) 1 0vR R k k Mi oD10R R k 4.10 共源放大电路如图题 4.5 所示，已知 MOSFET 的 nCoxW/2L = 0.25mA/V2， t 2VV ，o 80kr ，各电容对信号可视为短路，试求： （ 1）静态 IDQ、 VGSQ 和 VDSQ； （ 2） Av、 Ri 和 Ro。 2Vss(-30V) 图题 4.5 解：（ 1） 0GV ， 30 30 2G S S D S DV V I R I 考虑到放大器应用中，场效应管应工作在饱和区，则有： 2D n G S
12、 t12 WI k V VL 代入上式可得： 2DD29 196 0II 解得 D1 18.25mAI ， D2 10.75mAI ，当 D1 18.25mAI 时场效应管截止。 因此， D D 210. 75m AII ， GS 3 0 2 * 1 0 .7 5 8 .5 VV ， D 30 2 10. 75 8.5VV ，DS 8.5 ( 8.5 ) 17VV (2) Dm OV2 11.3 3.34.7Ig m sV ， 忽略厄尔利效应 m D Lovim/ 0 .8 71g R RvA v g R iiGi 1vR R Mi oD2R R k 4.11 对于图题 4.6 所示的固定偏置
13、电路： （ 1）用数学方法确定 IDQ 和 VGSQ； （ 2）求 VS、 VD、 VG 的值。 Vt图题 4.6 解：（ 1） 3VGSV 假设该 JFET 工作在饱和区，则有 2GSD D S S t1 1 .1DVI I I m AV (2) 0VSV ， 1 6 2 .2 1 3 .5 8DDV I V ， 3VGV 4.12 对于图题 4.7 所示的分压偏置电路 ， VD=9V，求： （ 1） ID； （ 2） VS 和 VDS； （ 3） VG 和 VGS。 Vt图题 4.7 G 1 102 0 2 .1 6 V1 10 91 0V ， G S G S D2.16 1.1V V V
14、 I 2GSD D S St1 3 . 3 1 8 . 0 1 (DVI I I m A m AV 或 舍 去 ） 则 G S G S D2.16 1.1V V V I =-1.48V, 则 D1.1 3.64SV I V D S S ( 20 2. 2 ) 3. 64 9. 07DDV V V I V 4.13 如图题 4.8 所示，求该放大器电路的小信号电压增益、输入电阻和最大允许输入信号。该晶体管有 Vt = 1.5V， nk (W/L)=0.25mA/V2， VA = 50A。假定耦合电容足够大使得在所关注的信号频率上相当于短路。 图题 4.8 iRsigv Ovii gsv gsm
15、vg LR DRor解： 等效电路如图所示 GS D15 10DS DV V V I 2D n G S t1 1 . 0 6 1 . 7 2 (2 DWI k V V I m A m AL 或 舍 去 ） 则 GS 4.4DV V V Dm OV2 0.725Ig msV 因 10GRM， 其上的交流电流可以忽略，则 ov m D Li / / / / 3 . 3ovA g r R Rv 为了计算输入电阻，先考虑输入电流（此处也可用密勒定理）， 1 4 .3o i i o ii G G i Gv v v v vi R R v R ii i 2.334.3GRvRMi 最大允许输入信号需根据场效
16、应管工作在饱和区条件来确定， 即 DS GS tv v V， 即 min) (max)DS GS tv v V（ 0.34DS v i GS i t iV A v V v V v V 4.14 考虑图题 4.9 所示的 FET 放大器，其中， Vt = 2V， nk (W/L)=1mA/V2， VGS = 4V， VDD = 10V，以及 RD=3.6k。 （ 1）求直流分量 ID 和 VD； （ 2）计算偏置点处的 gm值； （ 3）计算电压增益值 Av； （ 4）如果该 MOSFET 有 = 0.01V1，求偏置点处的 ro 以及计算源电压增益 Avs。 图题 4.9 解：（ 1） 2D
17、n G S t1 22 DWI k V V I m AL 则 2.8D D D D DV V I R V （ 2）Dm OV2 2Ig msV（ 3） ov m Di 7.2vA g Rv （ 4）o D1 50rkI iv s vi s ig / / 7 . 2m D oRA A g R rRR 4.15 图题 4.10 所示为分压式偏置电路，该晶体管有 Vt = 1V， nk (W/L)=2mA/V2。 （ 1）求 ID、 VGS； （ 2）如果 VA = 100V，求 g m和 ro； （ 3）假设对于信号频率所有的电容相当于短路，画出该放大器完整的小信号等效电路； （ 4）求 Ri、
18、Ro、 vo/vgs 以及 vo/vsig。 图题 4.10 解：（ 1）假设该电路工作在饱和区，则有 G 515 5V10 5V ， G S G S D53V V V I 2D n G S t1 12 DWI k V V I m AL ， 则 G S G S D5 3 2V V V I V (2) Dm OV2 2Ig m sV，o D 100AVrkI (3) iRsigv OviviioRgsv gsm vg0gi 10 k sigR or10 M 5 M 7.5 k （ 4） ii G 1 G 2 Gi / / 3 . 3 3vR R R R Mi sigLto o D0t / / 1
19、00 / / 7.5 7vRvR r R k k ki oov m o D Li/ / / / 8 . 2gsvvA g r R Rvv Giv v m o D Li s i g G s i g/ / / / 2 . 0 3os i gvRRG A g r R Rv R R R R 4.16 设计图题 4.11 所示 P 沟道 EMOSFET 电路中的 RS、 RD。要求器件工作在饱和区，且ID = 0.5mA， VDS = 1.5V， G 2VV 。已知 pCoxW/(2L) = 0.5mA/V2， Vt = 1V，设 = 0。 ( 5 )DDVVSDR2GRG ov图题 4.11 解： 2
20、D n G S t1 22 GSWI k V V V VL SG 4GSV V V V 5DS SDD DDVVVRkII 2DD SS DVVRkI 4.17 在图题 4.12 电路中， NMOS 晶体管有 |Vt | = 0.9V， VA = 50A， nk (W/L)=0.25mA/V2 并且工作在 VD = 2V。电压增益 vo/vi 为多少？假设电流源内阻为 50k，求 iR 、 oR 。 图题 4.12 解：iRsigv OvioRgsv gsm vg LR DRor由电路结构可知，该场效应管工作在饱和模式 AG D DV =V =2V,I =I=500 2 2 * 5 0 0 0
21、 .9 1 / , 1 0 0 k2 0 .9DAmoO V DIVAg m A V rVI 因 10GRM， 其上的交流电流可以忽略，则 ov m Li / / 8.2 7ovA g r Rv sigLtoo0t / / 50k / / 33GvRvR r R ki 为了计算输入电阻，先考虑输入电流（此处也可用密勒定理）， 1 9 .2 7o i i o ii G G i Gv v v v vi R R v R ii i 1 .0 89 .2 7GRvRMi 4.18 对于图题 4.13 所示的共栅极电路， 2/mg mA V ： （ 1）确定 Av 和 Gv； （ 2） RL 变为 2.2k，计算 Av 和 Avs，并说明 RL 的变化对电压增益有何影响； （ 3） Rsig 变为 0.5k（ RL 为 4.7k），计算 Av 和 Avs，说明 Rsig 的变化对电压增益有何影响。
