模拟电子技术 场效应管答案

第四章 场效应管基本放大电路

4-1 选择填空

1．场效应晶体管是用_______控制漏极电流的。

a. 栅源电流 b. 栅源电压 c. 漏源电流 d. 漏源电压 2．结型场效应管发生预夹断后，管子________。

a. 关断 b. 进入恒流区 c. 进入饱和区 d. 可变电阻区 3．场效应管的低频跨导gm是________。

a. 常数 b. 不是常数 c. 栅源电压有关 d. 栅源电压无关 4. 场效应管靠__________导电。

a. 一种载流子 b. 两种载流子 c. 电子 d. 空穴 5. 增强型PMOS管的开启电压__________。

a. 大于零 b. 小于零 c. 等于零 d. 或大于零或小于零 6. 增强型NMOS管的开启电压__________。

a. 大于零 b. 小于零 c. 等于零 d. 或大于零或小于零 7. 只有__________场效应管才能采取自偏压电路。

a. 增强型 b. 耗尽型 c. 结型 d. 增强型和耗尽型 8. 分压式电路中的栅极电阻RG一般阻值很大，目的是__________。

a. 设置合适的静态工作点 b. 减小栅极电流

c. 提高电路的电压放大倍数 d. 提高电路的输入电阻 9. 源极跟随器（共漏极放大器）的输出电阻与___________有关。

a. 管子跨导gm b. 源极电阻RS c. 管子跨导gm和源极电阻RS

10. 某场效应管的IDSS为6mA，而IDQ自漏极流出，大小为8mA，则该管是_______。

a. P沟道结型管 b. N沟道结型管 c. 增强型PMOS管 d. 耗尽型PMOS管 e. 增强型NMOS管 f. 耗尽型NMOS管 解答：

1.b 2.b 3.b,c 4. a 5.b 6.a 7. b,c 8. d 9.c 10.d

4-2 已知题4-2图所示中各场效应管工作在恒流区，请将管子类型、电源VDD的极性（+、-）、uGS的极性（>0，≥0，<0，≤0,任意）分别填写在表格中。

DD

D

DD

D

DD

D

DD

D

DD

D

DD

D

（a）（b）（c）（d）（e）（f）

题4-2图

解：

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4-3试分析如题4-3图所示各电路能否正常放大，并说明理由。

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VDD

DD

（a）

（b）

DD

-VDD

+

O

uO

-（c）

UCC

-（d）

DD

（e）

题4-3图

（f）

解：

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(a)不能。

VT是一个N沟道JFET，要求偏置电压UGS满足UGS,off <UGS <0，而电路中VT的偏置电压UGS>0，因此不能进行正常放大。

(b)能。

VT是一个P沟道JFET，要求偏置电压UGS满足0<UGS< UGS,off，而电路中VT的偏置电压UGS>0，只要在0<UGS< UGS,off范围内就能进行正常放大。

（c）能。

VT是一个N沟道MOSFET，要求偏置电压UGS满足UGS> UGS,off >0。电路中UGS>0，如果满足UGS < UGS,off就可以正常放大。

（d）不能。

虽然MOSFET的漏极D和源极S可以颠倒使用，但是此时衬底的接法也需要调整。虽然电路中自给偏置电压UGS>0，也可能满足UGS> UGS,off >0。但是D极和衬底B之间的PN结正向导通，因此电路不能进行信号放大。

（e）不能

VT是一个N沟道增强型MOSFET，开启电压Uon >0，要求直流偏置电压UGS> Uon，电路中UGS=0，因此不能进行正常放大。

（f）能。

VT是一个P沟道耗尽型MOSFET，夹断电压UGS,off>0，放大时要求偏置电压UGS满足UGS< UGS,off。电路中UGS>0，如果满足UGS < UGS,off就可以正常放大。

4-4 电路如题4-4图所示，VDD=24 V，所用场效应管为N沟道耗尽型，其参数IDSS=0.9mA，UGS,off=-4V，跨导gm=1.5mA/V。电路参数RG1=200kΩ, RG2=64kΩ, RG=1MΩ, RD= RS= RL=10kΩ。试求：

1．静态工作点。 2．电压放大倍数。

3．输入电阻和输出电阻。

+uo

-

题4-4图

解：

1． 静态工作点的计算

RG264

VDD IDRS 24 10ID 5.8 10ID

RG1 RG2200 64

在UGS,off≤UGS≤0时，

UGS2U

ID IDSS(1 ) 0.9(1 GS)2

UGS,off4

UGS UG US

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解上面两个联立方程组，得

漏源电压为

ID 0.64mA UGS 0.62V

UDS VDD ID RD RS 24 0.64 10 10 11.2V

2．电压放大倍数

u

AU o gm RD//RL 1.5 10//10 7.5

ui

3．输入电阻和输出电阻。

输入电阻ri RG RG1//RG2 1000 200//64 1.05MΩ

输出电阻ro rds//RD RD 10kΩ

4-5 电路如题4-5图所示，VDD=18 V，所用场效应管为N沟道耗尽型，其跨导gm=2mA/V。电路参数RG1=2.2MΩ, RG2=51kΩ, RG=10MΩ, RS=2 kΩ, RD=33 kΩ。试求： 1．电压放大倍数。

2．若接上负载电阻RL=100 kΩ,求电压放大倍数。 3．输入电阻和输出电阻。

4．定性说明当源极电阻RS增大时，电压放大倍数、输入电阻、输出电阻是否发生变化？如果有变化，如何变化？

5. 若源极电阻的旁路电容CS开路，接负载时的电压增益下降到原来的百分之几？

DD

+uo

-

题4-5图

解：

1．无负载时，电压放大倍数

u

AU o gmRD 2 33 66

ui

2．有负载时，电压放大倍数为

u

AU o gm RD//RL 2 33//100 50

ui

3．输入电阻和输出电阻。

输入电阻ri RG RG1//RG2 10 2.2//0.051 10MΩ 输出电阻ro RD 33kΩ

4．N沟道耗尽型FET的跨导定义为

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gm

iD

uGSu 常数

DS

2

UGS

iD IDSS 1

U

GS，off gm

2IDSS

UGS，off

UGS 1 U

GS，off 2

U

GS，off

IDSSiD

u

AU o gm RD//RL

ui

当源极电阻RS增大时，有RS UGS ID gm AU 所以当源极电阻RS增大时，跨导gm减小，电压增益因此而减小。

输入电阻和输出电阻与源极电阻RS无关，因此其变化对输入电阻和输出电阻没有影响。 5．若源极电阻的旁路电容CS开路，接负载RL时的电压增益为

uAUAUA gm RD//RL AU o U

ui1 gmRS1 gmRS1 2 25AU

20%AU 既输出增益下降到原来的20%.

4-6 电路如题4-6图a所示，MOS管的转移特性如题4-6图b所示。试求： 1．电路的静态工作点。 2．电压增益。

3．输入电阻和输出电阻。

u-

V3V

题4-6图a题4-6图b

解：

1． 静态工作点的计算。

根据MOS管的转移特性曲线，可知当UGS=3V时，IDQ=0.5mA。 此时MOS管的压降为 UDSQ VDD IDQRD 12 0.5 10 7V 2．电压增益的计算。

根据MOS管的转移特性曲线，UGS,off=2V；当UGS=4V时，ID=1mA。

UGS

ID IDSS 1

U

GS，off 根据

解得IDSS=1mA。

2

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gm

ID UGS

uDS 常数

2IDSSUGS，off

UGS1

UGS，off

0.707mS

u

AU o gmRD 0.707 10 -7.1

ui电压增益

3．输入电阻和输出电阻的计算

输入电阻ri

输出电阻ro RD 10kΩ

4-7 电路参数如题4-7图所示，场效应管的UGS,off=-1V，IDSS=0.5mA，rds为无穷大。试求： 1．静态工作点。 2．电压增益AU。

3．输入电阻和输出电阻。

DDo

-

题4-7图

解：

1．静态工作点计算

RG2

U GSQR RUDD IDQRS

G1G2

2

UGSQ I I1 DSS DQUGS,off

将参数代入，得

0.047 33

U 18 2 10I 0.41 2 10IDQGSQDQ 0.047 2 2

U GSQ I 0.5 1031 DQ

1

IDQ 0.3mA解得：

UGSQ 0.2V

2．电压增益AU。

本题目电路中，有旁路电容C，此时放大电路的电压增益为，

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AU

gmuGSRD

gmRD

uGS

gm

iD uGS

uDS 常数

2

UGS

iD IDSS 1

UGS，off 2IDSS UGS

gm 1

UGS，off UGS，off

AU

0.78mS

gmuGSRD

gmRD 0.78 30 23.4

uGS

3．输入电阻和输出电阻的计算。

ri RG RG1//RG2 10M 2M//47K 10 MΩ

ro RD 30 KΩ

4-8 电路如题4-8图所示。场效应管的gm=2mS，rds为无穷大，电路中各电容对交流均可视为短路，试求:

1.电路的电压增益AU。 2．输入电阻和输出电阻。

题4-8图

解：1.电路的电压增益AU。

gu R//R g R//R AU uGS gmuGSR11 gmR1

2 （20//20）

6.7

1 2 1

2．输入电阻ri’和输出电阻ro’

ri RG RG1//RG2 5M 51M//200K 5 MΩ AU

ro RD 20 kΩ

4-9 电路如题4-9图所示。已知VDD=20V，RG=51MΩ，RG1=200kΩ，RG2=200kΩ，RS=22 kΩ,

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场效应管的gm=2mS。试求：

1．无自举电容C时，电路的输入电阻。 2．有自举电容C时，电路的输入电阻。

DD

u-

o-

分析：电路中跨接在电阻RG和源极S之间的C称为自举电容，该电容将输出电压信号uo反馈到输入端的栅极G，形成正反馈，提升了电路的输入电阻ri。

关于负反馈电路的分析计算将在第7章详细介绍。 解：

1．无自举电容C时电路输入电阻计算

根据电路可知，输入电阻为

ri RG RG1//RG2 51 0.2//0.2 51.1 MΩ 2．有自举电容C时电路的输入电阻计算

此时交流等效电路如图题4-9图a所示。

题4-9图

u-

题4-9图a

根据等效电路图，可知栅极对地的等效电阻为

uuri i G

iiiG

u uoii i

RG 其中电流

u ii gmugs RG1//RG2//RS

输出电压o

mgsG1G2S 当电流ii很小时，o

电压放大倍数为

ugmuGS RG1//RG2//RS gm RG1//RG2//RS AU o

uiuGS gmuGSRG1//RG2//RS1 gmRG1//RG2//RS

u gu

R

//R//R

1 （200//200//22）18

1 1 （200//200//22）19

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u uo

ii i

RG

ui

18ui

1uiRG19RG

u

ri i 19RG 19 51 969MΩ

ii

计算结果说明自举电容C使电路的输入电阻提高了。

4-10 电路如题4-10图所示。已知gm=1.65Ms,RG1= RG2=1MΩ, RD=RL=3 kΩ,耦合电容Ci=Co=10μF。试求

1．电路的中频增益AU。

2．估算电路的下限截止频率fL。

3．当考虑信号源内阻时，高频增益计算公式。

DD

u-

+uo-

题4-10图

解：

1．电路的中频增益AU。

AU gm RD//RL 1.65 3//3 2.48

2．估算电路的下限截止频率fL

电路低频等效电路如题4-10图a所示。

RL

图4-10图a

1

gmugs RD// R Lj C

uo o AU ui ui 增益函数

ugs

整理得

RG1//RG2 RG1//RG2 1

j Ci

gu

R 1 j RLCo mgs D

ui 1 j RD RLCo

j RG1//RG2 Ci

ui ui

1 j RG1//RG2Ci

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显然增益函数有两个极点和两个零点和两个极点。 零点分别为

R 1 j RLCo j RG1//RG2 Ci

AU gm D

1 j R RCDLo 1 j RG1//RG2Ci

fz1 0

11f 5.4Hzz2 3 62 RLCo2 3 10 10 10 极点分别为

11

f 0 p12 R//RC 6

2 1M//1M 10 10G1G2i

111 f 2.7Hz

p22 R RC3 62 R RC2 3 3 10 10 10DLoDLo 所以下限频率为fL 5.4Hz

3．电路高频等效电路如题4-10图b所示。

G

D

Rs

+us-

+

uo-

图4-10图b

高频增益函数为

u

AUs o

us

1 uo gmuGS RD//RL// j Cds

1

RG1//RG2//

j CgsuGS us

1

RS RG1//RG2//

j Cgs1

RG1//RG2//

j Cgs1 AUs gm RD//RL// 1j Cds RS RG1//RG2//

j Cgs

其中：

Rs为信号源内阻。 C C 1 A C

gs

gs

U

gs

Cds

AU 1

CgsAU

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增益函数的两个极点分别为

1

fp1

2 R//R CD

L

ds

2 RS RG1//RG2 Cgs

f fp2，RG1//RG2 RS，所以高频截止频率为fp2， 通常p1

1

fH

2 RG1//RG2 Cgs

fp2

1