模电习题解答3章.pdf

1 3.2 习题解答 3-1 选择填空 1. 场效应管 g、s 之间的电阻比晶体管 b、e 之间的电阻_（a. 大，b.小， c.差不多） 。 2. 场效应管是通过改变_（a.栅极电流，b.栅源电压，c.漏极电压）来改 变漏极电流的，因此是一个_（a.电流，b.电压）控制的_（a.电流 源，b.电压源） 。 3. 用于放大电路中，场效应管工作在特性曲线的_。 （a.可变电阻区，b.饱 和区，c.截止区） 解：1. a。2. b；b；a ；3. b。 3-2 为保证场效应管工作在恒流区，将应有的极性和应有的大小（表达式）填入 表 3-3 中。 表 3-3 题 3-2 表 场效应管类型 UDS极性 UGS极性 UDS的表达式 N 沟道 结型 P 沟道 N 沟道 耗尽型 MOS P 沟道 N 沟道 增强型 MOS P 沟道 解： 本题考察对各种类型场效应管工作在恒流区对三个极之间电位的要求。 UDS、 UGS 及 UDS的表达式见表 3-4 所示。 表 3-4 题 3-4 表解 场效应管类型 UDS极性 UGS极性 UDS的表达式 N 沟道 + - )(offGSGSDS UUU 结型 P 沟道 - + )(offGSGSDS UUU VUU offGSGS 451 )( =+= DS U 管子工作在可变电阻区（b） 。 2. 当 UGS=2V, UDS=4V 时 )(offGSGS UU VUU offGSGS 352 )( =+= DS U 3 管子工作在可变电阻区（b） 。 4. 当 UGS=6V, UDS=10V 时 )(offGSGS UU UGS(off) ， 管子工作在恒流区。 3-7 图3-11所示的电路中， 已知UGS= 2V， 场效应管的IDSS=2mA，UGS(off)= -4V。 1.计算ID和RS1的值。 2.为了保证电路的正常放大，求电阻RS2可能的最大值。 3.计算电压增益Au。 5 图3-11题3-7图 解：本题考察场效应管放大电路静态工作点的计算、工作在恒流区应满足的条件 以及电压增益的分析。 1.计算ID和RS1的值 将UGS= 2V代入电流方程，得到漏极电流 mA U U II offGS GSQ DSSDQ 5 . 0) 4 2 1 (2)1 ( 22 )( = = 因为 SQGQGSQ UUU= 1SDR I 所以= =K mA V I U R D GSQ S 4 5 . 0 2 1 2.为了保证场效应管工作在恒流区，必须满足： )(offGSGSDS UUU 即VUDS2)4()2( min = minmax21 )( DSDDSDSD UVRRRI=+ D DSDDSDD S I RRIUV R )( 1min max2 + = =K22 5 . 0 145 . 0220 3. 画出电路的微变等效电路如图3-12所示， 6 图3-12 微变等效电路 场效应管的低频跨导为 )1 ( U 2I g )(GS(off) DSS m offGS GS U U =ms5 . 0) 4 2 1 ( 4 22 = = 忽略RG的影响，放大电路的电压增益为 iou UUA & /= )(1)( 2121SSm Dm SSgsmgs Dgsm RRg Rg RRUgU RUg + = + = & & 36. 0 26 2 1 1 10 2 1 = + = 3-8 耗尽型场效应管组成的恒流源电路如图3-13所示，RL 变化时，iL 几乎不变。 IDSS=4mA，UGS(off)= -4V，求 1.电流iL的值。 2.负载电阻RL的取值范围。 图3-13题3-8图 解：本题考察场效应管放大电路静态值的计算以及工作在恒流区满足的条件。 1.由图3-13可知VUGS2= 7 代入电流方程，可以得到漏极电流 mA U U II offGS GSQ DSSDQ 1) 4 2 1 (4)1 ( 22 )( = = 因为栅极电流为零，所以负载电阻上的电流与漏极电流相等， 即mAIi DQL 1= 2.耗尽型场效应管工作在恒流区必须满足条件： )(offGSGSDS UUU= 2V 由电路可以写出方程： LLLDDDS RRiVU=12 2 求出：KRL10 所以负载电阻RL的取值范围为010K。 3-9 场效应管分压电路和所用管子的漏极特性曲线如图3-14所示。假设Ui在 02V范围内变化时，分压比4 . 0= i o U U ，问VGG应选多大？ a）电路 b）管子漏极特性 图3-14 题3-9图 解：本题考察场效应管放大电路工作在可变电阻区满足的条件。 由图3-14a）所示电路图可以得到： DiDDiO iuRiuu6= 方程两边同时除以 O u，得到 o D o i u i u u6 1= 8 即： 4 1 ) 1 4 . 0 1 ( 6 1 ) 1( 6 1 = o i o D u u u i 又因为 DSo uu = 所以 4 1 = DS D u i 对照图3-14b） ，可以看出VUGS7=的曲线满足此条件 而 GGGS VU=，因此电压源VGG应选7V。 3-10 图3-15所示的放大电路中，已知gm=1mS。画出其微变等效电路，并计算 Au, Ri和Ro的值。 图3-15题3-10图 图3-16 微变等效电路 解：本题考察对场效应管共源放大电路交流性能指标的分析。 图3-15所示放大电路由P沟道耗尽型MOS管组成，画出其微变等效电路如图 3-16所示。因题中直接给出了低频跨导，不需要对静态值进行分析。由微变等效 电路可以直接写出 电压增益7 . 1/ + + + + = = = = = = = RUgU RUg UUA gsmgs Lgsm iou & & & LDL RRR/= 输入电阻=+=MRRRR GGGi 075. 2/ 21 输出电阻=KRR Do 10 3-11：如图3-17所示的源极输出电路中，已知gm=1mS。画出其微变等效电路， 并计算Au, Ri和Ro的值。 9 图3-17题3-11图 图3-18微变等效电路 解：微变等效电路如图3-17所示 电压增益857. 0/ + + + + = = = = = = = Lgsmgs Lgsm iou RUgU RUg UUA & & & LSL RRR/= 输入电阻=+=MRRRR GGGi 075. 2/ 21 输出电阻=K g RR m So 92. 0 1 / 3-12图3-19所示的电路中， 已知VDD=40V，RG=1M，RS1=RS2=500，RD=12K， 场效应管的IDSS=6mA，UGS(off)=6V，1.计算电路的静态值IDQ、UGSQ和UDSQ。 2.求电压增益 i o U U & & 1 、 i o U U & & 2 。 3.求输出电阻Ro1、Ro2。 图3-19题3-12图 解：本题考察场效应管放大电路静态和交流性能指标的分析与计算。 10 1. 画出放大电路的直流通路如图3-20所示。 联立方程组 2 )( )1 ( offGS GSQ DSSDQ U U II= 解此方程组，舍去不合理的根，可以得到漏极电流 mAIDQ3 . 2= = = =， 图3-20 直流通路 VRIVU DDQDDDQ 4 .12= 2.场效应管的低频跨导：mS U U U I g offGS GSQ offGS DSS m 23. 1)1 ( 2 )()( = a）共源电路 b）源极输出电路 图3-21微变等效电路 输出信号为Uo1、Uo2时，分别是共源和源极输出放大电路，其微变等效电 路如图3-21 a）b）所示。 共源放大电路电压增益：14. 9 1 11 1 + + + + = = = = + + + + = = = = Sm Dm Sgsmgs Dgsm i o Rg Rg RUgU RUg U U & & & & 源极输出放大电路电压增益：38. 0 1 1 1 1 1 2 + = + = Sm Sm Sgsmgs Sgsm i o Rg Rg RUgU RUg U U & & & & 3. 共源放大电路输出电阻=KRR Do 12 1 源极输出放大电路输出电阻=310 1 / 12 m So g RR 3-13如图3-22所示的电路中，已知场效应管gm=2mS，IDSS=1mA，UGS(off)= -5V， UDQ=9V。 )( 21SSDQGS RRIU+= VRRIU SSDQGS 3 . 2)( 21 =+= 11 1.计算电阻R1的值。 2.画出其微变等效电路并计算电压增益Au和输入电阻Ri。 图3-22题3-13图 图3-23直流通路 解：本题考察共源放大电路静态和交流性能指标的分析与计算。 1.画出直流通路如图3-23所示，由此可得 DDQDDDQ RIVU= mAIDQ83. 0 18 924 = 栅源电压为： 11 83. 0RRIU DQGS = 与 2 )( )1 ( offGS GSQ DSSDQ U U II=联立求解，可以得到： ,54. 0 11 KR= = = =,5 .11 21 KR= = = = 当,5 .11 21 KR= = = =VUGS55. 95 .1183. 0= UGS(off) 2.画出微变等效电路如图3-24所示。 电压增益 3 )( )/( / 21 + = RRUgU RRUg UUA gsmgs LDgsm iou & & & 2 )(RIUgRIU igsmGii & += )( 21 RRUgUU gsmigs += & )(1 21 RRg U U m i gs + + + + + + + = = = = & 12 输入电阻 + + =M RRg Rg RRU R m m G i i i 93. 2 )(1 1 I 21 2 2 & & 图3-24微变等效电路 3-14如图3-25所表示的电路中，已知V管gm和VT管的和rbe以及电路的所有 参数。 1.说明V、VT管各组成何种组态的放大电路。 2.写出电路的电压增益Au、输入电阻Ri和输出电阻的表达式。 图3-25题3-14图 图3-26微变等效电路 1、场效应管V组成的是共漏放大电路，VT管组成的是共射放大电路。 2、画出微变等效电路如图3-26所示,从图中可知 gsmb UgI & = 电压增益 bem LCm begsmgs LCb iou rg RRg rUgU RRI UUA + + + + = = = = + + + + = = = = = = = 1 )/()/( / & & & 输入电阻 Gi RR = 输出电阻 Co RR = 3-15 V管和VT管组成的混合放大电路如图3-27所表示，已知gmRE1、1。 1.说明V、VT管各组成何种组态的放大电路。 2.画出微变等效电路，写出电路的源电压增益Aus、输入电阻Ri和输出电阻 的表达式。 13 图3-27题3-15图 图3-28 微变等效电路 解：1.场效应管V组成的是共漏放大电路，VT管组成的是共基放大电路。 2. 画出微变等效电路如图3-24所示,从图中可知 0)1 (=+ gsm E beb b Ug R rI I & & & )1( 1 b E be b m gs I R r I g U & += 电压增益 bebgs Cb i o u rIU RI U U A & & & & = bebb E be b m Cb u rII R r I g RI A & & + = )1( 1 be Em be m C u r Rg r g R A + + = 1 因为1, 1 EmR g + + 1 1 be m Cm u r g Rg A GS G be m Cm