《集成电子技术基础教程》 第一篇 3章.doc

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1、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,IDO3mA；(b)增强型P沟道MOS管，VGS(th)2V,IDO2mA；(c)耗尽型型P沟道MOS管，VGS(off)2V,IDSS2mA；(d)耗尽型型N沟道MOS管，VGS(off)2V,IDSS3mA。题1.3.2 场效应管漏极特性曲线同图题1.3.1（a）

2、（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的大小，逐点作出，连接成曲线，就是管子的转移特性了。 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：，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，gm0.88ms,ID=3.9mA

3、时，gm1.76ms;(3) VGS=-1V时，gm0.88ms,VGS=-3V时，gm1.76ms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，IDO1.8mA。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

4、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+6sint（V），试画出iD和vO（vDS）的波形。解： (1)VI=2V,4V时，MOS管工作在截止区；VI=6V,8V时，MOS管工作在恒流区(放大区)；VI=10V,12V时，MOS管工

5、作在可变电阻区；(2)图略。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I，DS,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：由 图题1.3.8 求得：题1.3.9 总结各种类型FET的偏置条件：（1） 说明场效应管

6、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，VDSVGS-VGS(th),ID随VDS增加而较快增加。恒流区：场效应管的导电沟道被预夹断，VDSVGS-VGS(th),VGSVGS(th),ID基本不随VDS增加而增大。截止区：场效应管的沟道被完全夹断，VGSVGS(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

7、.3.9-2VDS极性N沟道+P沟道-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,所以V0=VDS=0.5V,ID=(1.5V-0.5V)/6K0.167mA,由VDS、ID可从特性曲线上求得VGG1.0V。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

8、值范围；（2） 求RS=20k时的ID值。解： (1)当考虑VDS=1V时，Rs=09.5k(2)ID1mA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。（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

9、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等；(2) 在静态点的基础上，画出s,iD和DS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=10k，Rd=5k，VGG分别为0 V，1V，2V，3V时，求电路输出VO值各为多大？ 图题1.3.13解： 在特性曲线上作出输出负载线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

10、的ID，再用VO=VI-IDR求得。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)ID1mA图(b)VD11.16V。题1.3.16 在图题1.3.16所示的FET基本

11、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):IDQ0.5mA，VGSQ=-2V,VDSQ3.8V;图(b):IDQ0.76mA，VGSQ-1.5V,VDSQ8.5V;图(c):IDQ0.25mA，VGSQ=2.8V,VDSQ13V;(2) 在画交流通路时，将电路图中的电容器，电源画成短路即可图(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）

12、（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,IDO3mA；(b)增强型P沟道MOS管，VGS(th)2V,IDO2mA；(c)耗尽型型P沟道MOS管，VGS(off)2V,IDSS2mA；(d)耗尽型型N沟道MOS管，VGS(off)2V,IDSS3mA。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

13、下作一直线，该直线与每条输出特性的交点决定了VGS和ID的大小，逐点作出，连接成曲线，就是管子的转移特性了。 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：，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，gm0.88ms,ID=3.9mA时，gm1.76ms;(3) VGS=-1V时，gm0.88ms,VGS=-3V时，gm1.7

14、6ms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，IDO1.8mA。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VG

15、S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+6sint（V），试画出iD和vO（vDS）的波形。解： (1)VI=2V,4V时，MOS管工作在截止区；VI=6V,8V时，MOS管工作在恒流区(放大区)；VI=10V,12V时，MOS管工作在可变电阻区；(2)图略。题1.3.7 由N沟道增强型MOSFET构成的共源电路如图题1.3

16、.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I，DS,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：由 图题1.3.8 求得：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

17、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，VDSVGS-VGS(th),ID随VDS增加而较快增加。恒流区：场效应管的导电沟道被预夹断，VDSVGS-VGS(th),VGSVGS(th),ID基本不随VDS增加而增大。截止区：场效应管的沟道被完全夹断，VGSVGS(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-VGS与VDS极性异同耗尽型结 型相 反MOS可同 可反

18、增强型MOS相 同题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,所以V0=VDS=0.5V,ID=(1.5V-0.5V)/6K0.167mA,由VDS、ID可从特性曲线上求得VGG1.0V。题1.3.11 图题1.3.11所示电路中，已知FET的IDSS=2mA，VP= -2V。（3） 求ID=2mA时RS的取值范围；（4） 求RS=20k时的ID值。解： (1)当考虑VDS=1V时，Rs=09.5k(

19、2)ID1mA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：（5） 静态工作点：VGSQ、IDQ、VDSQ；（6） 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。（7） 若VGG改为-0.5V，其它条件不变，重画iD、vDS波形；（8） 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

20、VGG=-1V的输出特性相交于Q点，从而求得VGSQ=VGG,VDSQ,IDQ等；(2) 在静态点的基础上，画出s,iD和DS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=10k，Rd=5k，VGG分别为0 V，1V，2V，3V时，求电路输出VO值各为多大？ 图题1.3.13解： 在特性曲线上作出输出负载线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求得。题1.3.14 试用三只电容量足够大的电容器C1、C2、C

21、3，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)ID1mA图(b)VD11.16V。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。（3） 计算各电路的静态工作点；（4） 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):IDQ0.5mA，VGSQ=-2V,VDSQ3.8V;图(b):IDQ0.76mA，VGSQ-1.5V,VDSQ8.5V;图(c):IDQ0.25mA，VGSQ=2.8V,VDSQ13V;(2) 在画交流通路时，将电路图中的电容器，电源画成短路即可图(a)为共源极放大电路(CS)；图(b)为共漏极放大电路(CD)；图(c)为共源极放大电路(CS)。