模电第四章答案

第四章 习题解答

4-1 如题4-1图所示MOSFET转移特性曲线，说明各属于何种沟道？若是增强型，开启电压等于多少？若是耗尽型，夹断电压等于多少？ 答：（a）P-EMOSFET，开启电压VGS?th???2V

（b）P-DMOSFET，夹断电压VGS?Off?（或统称为开启电压VGS?th?)?2V （c）P-EMOSFET，开启电压VGS?th???4V

（d）N-DMOSFET，夹断电压VGS?Off?（或也称为开启电压VGS?th?)??4V 4-2 4个FET的转移特性分别如题4-2图(a)、(b)、(c)、(d)所示。设漏极电流iD

的实际方向为正，试问它们各属于哪些类型的FET？分别指出iD的实际方向是流进还是流出？

答：（a）P-JFET，iD的实际方向为从漏极流出。

（b）N-DMOSFET，iD的实际方向为从漏极流进。 （c）P-DMOSFET，iD的实际方向为从漏极流出。 （d）N-EMOSFET，iD的实际方向为从漏极流进。

4-3 已知N沟道EMOSFET的μnCox=100μA/V2，VGS(th)=0.8V，W/L=10，求下列情况下的漏极电流：

（a）VGS=5V，VDS=1V； （b）VGS=2V，VDS=1.2V； （c）VGS=5V，VDS=0.2V； （d）VGS=VDS=5V。 解：已知N-EMOSFET的?nCox?100?A/V2,VGS?th??0.8VWL?10

（a）当VGS?5V,VDS?1V时，MOSFET处于非饱和状态?VDS?VGS?VGS?th??

ID??nCoxW2L?2?VGS2mA?VGS?th??VDS?V2DS?12?0.1V2?102?5?0.8??1?1?3.7mA???

（b）当VGS?2V,VDS?1.2V时，VGS?VGS?th??1.2V?VDS，MOSFET处于临界饱和

??VGS?VGS?th???1ID?1?C??W?0.1mAV2?10??2?0.8?2?0.72mA 2noxL22（c）当VGS?5V,VDS?0.2V时，VGS?VGS?th??4.2V?VDS，MOSFET处于

非饱和状态

22WmAID?1VGS?VGS?th??VDS?VDS?12?nCox?L?2?2?0.1V2?102?5?0.8??0.2?0.2?0.82mA????（d）当VGS?VDS?5V时，VDS?VGS?VGS?th?，MOSFET处于饱和状态

??VGS?VGS?th???1?C??W?0.1mAV2?10??5?0.8??8.82mA ID?12noxL2224-4 N沟道EMOSFET的VGS(th)=1V，μnCox（W/L）=0.05mA/V2，VGS=3V。求VDS分别为1V和4V时的ID。

解：（1）当VDS?1V时，由于VGS?VGS?th??3V?1V?2V 即VDS?VGS?VGS?th?，N-EMOSFET工作于非饱和区

?C?W?2?VGS?VGS?th??VDS?VDS?1?0.05mAV22?3?1??1?12 ID?12noxL22?????0.75mA

（2）当VDS?4V时，由于VDS?VGS?VGS(th)，N-EMOSFET工作于饱和区

ID?1?C?W??VGS?VGS?th???1?0.05mAV2?3?1? 2noxL222 ?0.1mA

4-5 EMOSFET的VA=50V，求EMOSFET工作在1mA和10mA时的输出电阻为多少？每种情况下，当VDS变化10%（即ΔVDS/VDS=10%）时，漏极电流变化（ΔID/ID）为多少？ 解：（1）当ID?1mA，VA?50V时

ro?VAID50V?1?50K? mA当ID?10mA，VA?50V时

ro?VAID50V?10?5K? mAVDS（2）当VDS变化10%时，即?VDS?10%

?VDS?VDSVDS?ID?IDID由于ro??VDS?ID?VDS??

?况都一样）

?IDID??VDSVDS10%?VDSVA?IIDDro?ID?10%VDSVA%?10?VDS?0.2%VDS（对二种情50或者：由于gDS?IDVA

?VDSVAID?ID?gDS??VDS?V??VDS?A?ID?0.2%VDS?ID??IDID?0.2%VDS

4-6 一个增强型PMOSFET的μpCox（W/L）=80μA/V2，VGS(th)=－1.5V，λ=－0.02V-1，栅极接地，源极接+5V，求下列情况下的漏极电流。

(a) VD=+4V； (b) VD=+1.5V； (c) VD=0V； (d) VD=－5V； 解：根据题意VGS?VG?VS?0?5V??5V?VGS?th???1.5V，P-EMOSFET导通

?A?0.08mAV2,???0.02V?1 ?pCox?WL??80V2 （a）当VD??4V时，由于此时VGD?VG?VD?0V?4V??4V?VGS?th? P-EMOSFET处于非饱和状态

?2?VGS?VGS?th??VDS?VDS?1ID?1?pCox?W?0.08mAV22??5?1.5???1????1? 2L222?????0.24mA

（b）当VD??1.5V时，此时VGD?0V?1.5V??1.5V?VGS?th? P-EMOSFET处于临界饱和状态

WmA??5?1.5??1?0.02?(?3.5)?ID?11??VDS??12?pCox?L?VGS?VGS?th??2?0.08V222??

?0.49mA?1.07?0.5243mA

（c）当VD?0V时，VDS??5V，VGS?VGS?th???5V?1.5V??3.5V

即VDS?VGS?VGS?th?，P-EMOSFET处于饱和状态

??VGS?VGS?th???1??VDS??1ID?1?pCox?W?0.08mAV2??5?1.5??1???0.02????5?? 2L222?0.49mA?1.1?0.539mA

（d）当VD??5V时，VDS??10V，VGS?VGS(th)??3.5V 即VDS?VGS?VGS?th?，P-EMOSFET处于饱和状态

WmA??5?1.5??1???0.02????10?? ID?11??VDS??12?pCox?L?VGS?VGS?th??2?0.08V22??2?0.49mA?1.2?0.588mA

4-7 已知耗尽型NMOSFET的μnCox（W/L）=2mA/V2，VGS(th)=－3V，其栅极和源极接地，求它的工作区域和漏极电流（忽略沟道长度调制效应）。 (a) VD=0.1V； (b) VD=1V； (c) VD=3V； (d) VD=5V； 解：根据题意VG?VS?0，则VGS?0，VGS?VGS?th??0???3V??3V （a）当VD?0.1V时，VDS?VD?VS?0.1V＜VGS?VGS?th?

N-DMOSFET工作于非饱和区（或三极管区）

2W1mA?????C2V?VV?V??22?3?0.1?0.1 ID?1 2GSGS?th?DSDS2noxL2V2???? ?0.59mA

（b）当VD?1V时，VDS?VD?VS?1V＜VGS?VGS?th? N-DMOSFET工作于非饱和区

WmAID?1VGS?VGS?th??VDS?VDS?12?3?1?12 2?nCox?L?2?2?2V22

???? ?5mA

（c）当VD?3V时，VDS?VD?VS?3V?VGS?VGS?th?WmA?3V? ID?1?12?nCox?L?VGS?VGS?th?2?2V222

N-DMOSFET工作于临界饱和状态，由于忽略沟道长度调制效应，则

?? ?9mA

（d）当VD?5V时，VDS?VD?VS?5V＞VGS?VGS?th?ID?1?C?W??VGS?VGS?th???1?2mAV2??3V? 2noxL222

N-DMOSFET工作于饱和区，由于忽略沟道长度调制效应，则

?9mA

4-8 设计题4-8图所示电路，使漏极电流ID=1mA，VD=0V，MOSFET的VGS(th)=2V，μnCox=20μA/V2，W/L=40。

解：由于ID?1mA,VD?0V,VG?0V,VGS?th??2V

?VD?0V?5V 则 RD?VDDID1mA?5K?

又由于 VDS＞VGS?VGS?th?，MOSFET处于饱和工作区

且?nCox?20?AV2?0.02mAV2，WL?40

?C?W??VGS?VGS?th?? 则ID?12noxL2?0.02mAV2?40??VGS?2? 代入数据得：1mA?122mA ?VGS?2??0.1?2.5 4mA2V2 得VGS?2??2.5??1.58 VGS?2?1.58?V?

因为VGS?2?1.58?0.42V＜VGS?th?不符合题意，舍去 ?VGS?2?1.58?3.58V

又VGS?VG?VS??VS?3.58V 则VS??3.58V 得RS?VS?VSSID??3.58???5V?1mA?1.42K?

4-9 题4-9图所示电路，已知μnCox（W/L）=200μA/V2，ＶGS(th)=2V，ＶA＝20V。求漏极电压。

?A?0.2mAV2，VGS?th??2V，VA?20V 解：已知?nCox?WL??200V2 （a）由于VGS?3V＞VGS?th??2V，MOSFET导通，假设MOSFET工作于饱和区，则

2W1mA??????ID?1?CV?V1??V??0.2?1??1?2GSGS?th?DS2noxL2V2120?10?20ID?0??

?0.1?1.5?ID? 10ID?1.5?ID

.5?ID?1?0.1364mA 11 VD?10V?IDRD?7.27V

由于VD?7.27V?VGS?VGS?th?，说明MOSFET确实工作在饱和区，假设成立。 （b）由于VGS?3V?VGS?th??2V，MOSFET导通，假设MOSFET工作于饱和

2W1mA?20?20ID?0?? VGS?VGS?th???1??VDS??11?20区。则ID?12?1??2?nCox?L??2?0.2V2

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