集成电子技术基础教程习题与习题解答-一篇3章

第三章场效应晶体管及其电路分析题1.3.1绝缘栅场效应管漏极特性曲线如图题1.3.1（a）~（d）所示。（1）说明图（a）~（d）曲线对应何种类型的场效应管。（2）根据图中曲线粗略地估计：开启电压VT、夹断电压VP和饱和漏极电流IDSS或IDO的数值。图题1.3.1解：(1)(a)增强型N沟道MOS管，VGS(th)≈3V,IDO≈3mA(b)增强型P沟道MOS管，VGS(th)≈2V,IDO≈2mA(c)耗尽型型P沟道MOS管，VGS(off)≈2V,IDSS≈2mA(d)耗尽型型N沟道MOS管，VGS(off)≈2V,IDSS≈3mA。题1.3.2场效应管漏极特性曲线同图题1.3.1（a）~（d）所示。分别画出各种管子对应的转移特性曲线iD=f（vGS）。解：在漏极特性上某一VDS下作一直线，该直线与每条输出特性的交点决定了VGS和ID的大图题1.3.3题1.3.3图题1.3.3所示为场效应管的转移特性曲线。试问：（1）IDSS、VP值为多大？（2）根据给定曲线，估算当iD=1.5mA和iD=3.9mA时，gm约为多少？（3）根据gm的定义：GSDmdvdig，计算vGS=-1V和vGS=-3V时相对应的gm值。解：(1)IDSS=5.5mA,VGS(off)=-5V;(2)ID=1.5mA时，gm≈0.88ms,ID=3.9mA时，gm≈1.76ms;(3)VGS=-1V时，gm≈0.88ms,VGS=-3V时，gm≈1.76ms题1.3.4由晶体管特性图示仪测得场效应管T1和T2各具有图题1.3.4的（a）和（b）所示的输出特性曲线，试判断它们的类型，并粗略地估计VP或VT值，以及vDS=5V时的IDSS或IDO值。图题1.3.4解：图(a)耗尽型PMOS管，VGS(off)=3V;当VDS=5V时，IDSS=2mA;图(b)增强型PMOS管，VGS(th)=-4V;当VDS=5V时，IDO≈1.8mA。题1.3.5某MOS场效应的漏极特性如图题1.3.5所示。试画出vDS=9V时的转移特性曲线，并定性分析跨导gm与ID的关系。图题1.3.5图题1.3.6解：在VDS=9V处作一垂直线，交各VGS下的输出特性，各交点决定了VGS和ID，从而逐点描绘转移特性曲线。从转移特性曲线的某一点作切线，可得gm的大小。题1.3.6由MOS管组成的共源电路如图题1.3.6所示，其漏极特性曲线同图题1.3.5。（1）试分析当vI=2V、4V、8V、10V、12V时，该MOS管分别处于什么工作区。（2）若vI=8+6sinωt（V），试画出iD和vO（vDS）的波形。解：(1)VI=2V,4V时，MOSVI=6V,8V时，MOS管工作在恒流区(放大区)VI=10V,12V时，MOS(2)题1.3.7由N沟道增强型MOSFET构成的共源电路如图题1.3.7（a）所示，MOS管漏极特性曲线如图（b）所示，试求解该电路的静态工作点Q（注意图中VGS=VDS）。图题1.3.7解：解题思路为：由VGS=VDS作出场效应管的I-V特性，将VDS=VDD-IDRd=15-1.5Id负载线方程作在I-V特性上并交于一点，就可决定IＤ，ＶDS,VGS参数。题1.3.8在图题1.3.8所示的电路中，设N沟道JFET的IDSS=2mA，VP=-4V。试求ID和VDS。解：图题1.3.8sDGSoffGSGSDSSDedDDDDSRIVVVIIRRIVV2)()1()(求得：VVmAIGSD105.0题1.3.9总结各种类型FET的偏置条件：（1）说明场效应管处于可变电阻区，恒流区（放大区）和截止区的主要特征（指vDS、vGS和iD）。（2）为保证工作于放大区，vDS和vGS的极性应如何设置？[在题表1.3.9（a）和题表1.3.9（b）中打“√”]。解：(1)可变电阻区：场效应管的沟道尚未预夹断，VDS＜VGS-VGS(th),ID随VDS恒流区：场效应管的导电沟道被预夹断，VDS＞VGS-VGS(th),VGS＞VGS(th),ID基本不随VDS截止区：场效应管的沟道被完全夹断，VGS＜VGS(th),ID=0,VDS=VDD(注：指增强型NMOS管，其它类型只要注意电源极性，同样可以给出)(2)表题1.3.9-1表题1.3.9-2VDS极性N沟道+P沟道-题1.3.10图题1.3.10（a）所示为N沟道场效应管在可变电阻区的输出特性。当要求将其作为压控电阻时，可接成图（b）所示的电路形式。若要求该电路得到1/3的分压比（VO/VI=1/3），应选择多大的VGG？图题1.3.10解：因31IOVV,所以V0=VDS=0.5V,ID=(1.5V-0.5V)/6K≈0.167mA,由VDS、ID可从特性曲线上求得VGG≈1.0V。题1.3.11图题1.3.11所示电路中，已知FET的IDSS=2mA，VP=-2V。（1）求ID=2mA时RS的取值范围；（2）求RS=20kΩ时的ID值。解：(1)当考虑VDS=1V时，Rs=0～9.5k(2)ID≈1mA题1.3.12在图题1.3.12（a）所示的放大电路中，设输入信号vS的波形和幅值如图中所示，JET的特性如图题1.3.12（b）所示，试用图解法分析：（1）静态工作点：VGSQ、IDQ、VDSQ；（2）在同一个坐标下，画出vS、iD和vDS的波形，并在波形图上标明它们的幅值。VGS与VDS极性异同耗尽型结型相反MOS可同可反增强型MOS相同（3）若VGG改为-0.5V，其它条件不变，重画iD、vDS波形；（4）为使VGG=-0.5V时，iD、vDS波形不失真，重新选择Rd的数值和静态时的VDSQ。解：(1)图解过程：写出输出回路负载方程VDS=VDD-IDRd=20-1.2ID,将该方程作在题1.3.12(b)图的特性曲线上与VGG=-1V的输出特性相交于Q点，从而求得VGSQ=VGG,VDSQ,IDQ(2)在静态点的基础上，画出υs,iD和υDS的相应波形。图题1.3.12题1.3.13由P沟道结型场效应管组成的电路和它的漏极特性曲线示于图题1.3.13（a）、（b）中。在VI=-10V，R=10kΩ，Rd=5kΩ，VGG分别为0V，1V，2V，3V时，求电路输出VO值各为多大？图题1.3.13解：｜VDS｜=｜VI｜-15ID分别与VGS=0V,1V,2V,3V的输出特性交于一点，决定了此时的ID，再用｜VO｜=｜VI｜-IDR题1.3.14试用三只电容量足够大的电容器C1、C2、C3，将图题1.3.14所示放大电路分别组成CS、CD和CG组态，并在图中标明各偏置电源和电解电容上的极性，以及信号的输入、输出端子。（在电源前加正、负号，在电解电容正极性端加正号。）图题1.3.15图题1.3.14解：该题的解法与题1.2.13类同，请参照1.2.13题。题1.3.15设图题1.3.15所示电路中FET的IDSS=2mA，VP=-4V，试计算标明在各电路中的电压或电流的大小。解：图(a)ID≈1mA(b)VD≈11.16V题1.3.16在图题1.3.16所示的FET基本放大电路中，设耗尽型FET的IDSS=2mA，VP=-4V；增强型FET的VT=2V，IDO=2mA。（1）计算各电路的静态工作点；（2）画出交流通路并说明各放大电路的组态。图题1.3.16解：(1)图(a):IDQ≈0.5mA，VGSQ=-2V,VDSQ≈3.8V;图(b):IDQ≈0.76mA，VGSQ≈-1.5V,VDSQ≈8.5V;图(c):IDQ≈0.25mA，VGSQ=2.8V,VDSQ≈13V;(2)图(a)为共源极放大电路(CS)；第三章场效应晶体管及其电路分析题1.3.1绝缘栅场效应管漏极特性曲线如图题1.3.1（a）~（d）所示。（3）说明图（a）~（d）曲线对应何种类型的场效应管。（4）根据图中曲线粗略地估计：开启电压VT、夹断电压VP和饱和漏极电流IDSS或IDO的数值。图题1.3.1解：(1)(a)增强型N沟道MOS管，VGS(th)≈3V,IDO≈3mA(b)增强型P沟道MOS管，VGS(th)≈2V,IDO≈2mA(c)耗尽型型P沟道MOS管，VGS(off)≈2V,IDSS≈2mA(d)耗尽型型N沟道MOS管，VGS(off)≈2V,IDSS≈3mA。题1.3.2场效应管漏极特性曲线同图题1.3.1（a）~（d）所示。分别画出各种管子对应的转移特性曲线iD=f（vGS）。解：在漏极特性上某一VDS下作一直线，该直线与每条输出特性的交点决定了VGS和ID的大图题1.3.3题1.3.3图题1.3.3所示为场效应管的转移特性曲线。试问：（4）IDSS、VP值为多大？（5）根据给定曲线，估算当iD=1.5mA和iD=3.9mA时，gm约为多少？（6）根据gm的定义：GSDmdvdig，计算vGS=-1V和vGS=-3V时相对应的gm值。解：(1)IDSS=5.5mA,VGS(off)=-5V;(2)ID=1.5mA时，gm≈0.88ms,ID=3.9mA时，gm≈1.76ms;(3)VGS=-1V时，gm≈0.88ms,VGS=-3V时，gm≈1.76ms题1.3.4由晶体管特性图示仪测得场效应管T1和T2各具有图题1.3.4的（a）和（b）所示的输出特性曲线，试判断它们的类型，并粗略地估计VP或VT值，以及vDS=5V时的IDSS或IDO值。图题1.3.4解：图(a)耗尽型PMOS管，VGS(off)=3V;当VDS=5V时，IDSS=2mA;图(b)增强型PMOS管，VGS(th)=-4V;当VDS=5V时，IDO≈1.8mA。题1.3.5某MOS场效应的漏极特性如图题1.3.5所示。试画出vDS=9V时的转移特性曲线，并定性分析跨导gm与ID的关系。图题1.3.5图题1.3.6解：在VDS=9V处作一垂直线，交各VGS下的输出特性，各交点决定了VGS和ID，从而逐点描绘转移特性曲线。从转移特性曲线的某一点作切线，可得gm的大小。题1.3.6由MOS管组成的共源电路如图题1.3.6所示，其漏极特性曲线同图题1.3.5。（3）试分析当vI=2V、4V、8V、10V、12V时，该MOS管分别处于什么工作区。（4）若vI=8+6sinωt（V），试画出iD和vO（vDS）的波形。解：(1)VI=2V,4V时，MOSVI=6V,8V时，MOS管工作在恒流区(放大区)VI=10V,12V时，MOS(2)题1.3.7由N沟道增强型MOSFET构成的共源电路如图题1.3.7（a）所示，MOS管漏极特性曲线如图（b）所示，试求解该电路的静态工作点Q（注意图中VGS=VDS）。图题1.3.7解：解题思路为：由VGS=VDS作出场效应管的I-V特性，将VDS=VDD-IDRd=15-1.5Id负载线方程作在I-V特性上并交于一点，就可决定IＤ，ＶDS,VGS参数。题1.3.8在图题1.3.8所示的电路中，设N沟道JFET的IDSS=2mA，VP=-4V。试求ID和VDS。解：图题1.3.8sDGSoffGSGSDSSDedDDDDSRIVVVIIRRIVV2)()1()(求得：VVmAIGSD105.0题1.3.9总结各种类型FET的偏置条件：（3）说明场效应管处于可变电阻区，恒流区（放大区）和截止区的主要特征（指vDS、vGS和iD）。（4）为保证工作于放大区，vDS和vGS的极性应如何设置？[在题表1.3.9（a）和题表1.3.9（b）中打“√”]。解：(1)可变电阻区：场效应管的沟道尚未预夹断，VDS＜VGS-VGS(th),ID随VDS恒流区：场效应管的导电沟道被预夹断，VDS＞VGS-VGS(th),VGS＞VGS(th),ID基本不随VDS截止区：场效应管的沟道被完全夹断，VGS＜VGS(th),ID=0,VDS=VDD(注：指增强型NMOS管，其它类型只要注意电源极性，同样可以给出)(2)表题1.3.9-1表题1.3.9-2VDS极性N沟道+P沟道-题1.3.10图题1.