第3章 场效应管及其放大电路习题解

第 3章 场效应管及其基本放大电路3.1填空题（1）按照结构，场效应管可分为 。

它属于 型器件，其最大的优点是 。

（2）在使用场效应管时，由于结型场效应管结构是对称的，所以 极和 极可互换。

MOS 管中如果衬底在管内不与 极预先接在一起，则 极和 极也可互换。

（3）当场效应管工作于恒流区时，其漏极电流D i 只受电压 的控制，而与电压 几乎无关。

耗尽型D i 的表达式为 ，增强型D i 的表达式为 。

（4）一个结型场效应管的电流方程为2GS D 161mA 4U I=×− ，则该管的DSS I = ，p U = 。

（5）某耗尽型MOS 管的转移曲线如习题3.1.5图所示，由图可知该管的DSS I = ，p U = 。

（6）N 沟道结型场效应管工作于放大状态时，要求GS 0u ≥≥ ，DS u > ；而N 沟道增强型MOS 管工作于放大状态时，要求GS u > ，DS u > 。

（7）耗尽型场效应管可采用 偏压电路，增强型场效应管只能采用 偏置电路。

（8）在共源放大电路中，若源极电阻s R 增大，则该电路的漏极电流D I ，跨导m g ，电压放大倍数 。

（9）源极跟随器的输出电阻与 和 有关。

答案：（1）结型和绝缘栅型，电压控制，输入电阻高。

（2）漏，源，源，漏，源。

（3）GS u ，DS u ，2GS D DSS P 1u i I U =− ，2GS D DO T 1u i I U=−。

（4）16mA ，4V 。

（5）习题3.1.5图4mA ，−3V 。

（6）p U ，GS p u U −，T U ，GS T u U −。

（7）自给，分压式。

（8）减小，减小，减小。

（9）m g ，s R 。

3.2试分别画出习题3.2图所示各输出特性曲线在恒流区所对应的转移特性曲线。

解：3.3在带有源极旁路电容s C 的场效应管放大电路如图3.5.6（a ）所示。

若图中的场效应管为N 沟道结型结构，且p 4V U =−，DSS 1mA I =。

第三章习题参考答案3-1 电路如图3-40所示，设40=β，试确定各电路的静态工作点，指出晶体管工作于什么状态？b) c)图3-40 题3-1图解a）AIBQμ5.71102007.0153=⨯-=mAICQ86.20715.040=⨯=VUC E Q14.12186.215=⨯-=晶体管工作于放大状态。

b）AIBQμ8010]1)401(200[7.0203=⨯⨯++-=mAICQ2.308.040=⨯=VUC E Q39.10)12(2.320=+⨯-=晶体管工作于放大状态。

c）设晶体管工作在放大状态。

mAIBQ257.010757.0203=⨯-=mAICQ3.10257.040=⨯=VUC E Q9.1533.1015-=⨯-=+15Vk200+15V+15V+20Vk20035说明晶体管已经深度饱和。

d) 由于发射结反偏，晶体管工作于截止状态。

3-2 试判断图3-41中各电路能否放大交流信号，为什么？a）b) c)d) e) f)图3-41 题3-2图解a) 晶体管的发射结正偏，集电结反偏，故可以放大交流信号。

b) 缺少直流负载电阻CR，故不能放大交流信号。

c) 晶体管为PNP型，偏置电压极性应为负，故不能放大交流信号。

d) 电容C1、C2的极性接反，故不能放大交流信号。

e) 缺少基极偏置电阻BR，故不能放大交流信号。

f) 缺少直流电源CCV，故不能放大交流信号。

3-3 在图3-42中晶体管是PNP锗管，（1）在图上标出CCV和21,CC的极性；（2）设V12-=CCV，kΩ3=CR，75=β，如果静态值mA5.1=CI，BR应调到多大？（3）在图3-42 题3-3图36 调整静态工作点时，如果不慎将B R 调到零，对晶体管有无影响？为什么？通常采取何种措施来防止这种情况发生？（4）如果静态工作点调整合适后，保持B R 固定不变， 当温度变化时，静态工作点将如何变化？这种电路能否稳定静态工作点？ 解 1)CC V 和21,C C 的极性如题3-3解图所示。

第3章 场效应管及其基本放大电路试卷3.1判断下列说法是否正确，用“√”和“ ”表示判断结果填入空内1. 结型场效应管外加栅源电压u GS应使栅源间的耗尽层承受反偏电压，才能保证其输入电阻R G大的特点。

（ ）2. 耗尽型MOS管在栅源电压u GS为正或为负时均能实现压控电流的作用。

（ ）3. 若耗尽型N沟道MOS管的栅源电压u GS大于零，则其输入电阻会明显变小。

（ ）4. 工作于恒流区的场效应管，低频跨导g m与漏极电流I DQ成正比。

（ ）5. 增强型MOS管采用自给偏压时，漏极电流i D必为零。

（ ）【解3.1】：1. √ 2.√ 3.× 4.× 5.√3.2选择填空1. 场效应管的栅-源之间的电阻比晶体管基-射之间的电阻 。

A．大 B．小 C．差不多2. 场效应管是通过改变 来改变漏极电流的。

所以是 控制型器件。

A．栅源电压 B．漏源电压 C．栅极电流D．电压 E．电流3. 用于放大时，场效应管工作在特性曲线的 。

A．可变电阻区 B．恒流区 C．截止区4. N沟道结型场效应管中参加导电的载流子是 。

A．自由电子和空穴 B．自由电子 C．空穴5. 对于结型场效应管，当︱u GS︱︱U GS(off)︱时，管子一定工作在 。

A．恒流区 B．可变电阻区 C．截止区 B．击穿区6. 当栅源电压u GS＝0V时，能够工作在恒流区的场效应管有 。

A．结型场效应管 B．增强型MOS管 C．耗尽型MOS管7. 某场效应管的开启电压U GS(th)=2V，则该管是 。

A．N沟道增强型MOS管 B．P沟道增强型MOS管C．N沟道耗尽型MOS管 D．P沟道耗尽型MOS管8. 共源极场效应管放大电路，其输出电压与输入电压 ；共漏极场效应管放大电路，其输出电压与输入电压 。

A．同相 B．反相【解3.2】：1.A 2.A,D 3.B 4.B 5.C 6.A C 7.A 8.B,A3.3判断图T3.3所示各电路能否进行正常放大？如果不能，指出其中错误，并加以改正。

习题3-1 场效应管沟道的预夹断和夹断有什么不同？ 解：当U DS 增加到U DS =U GS ，即U GD =U GS -U DS = U GS （th ）时，漏极附近的耗尽层将合拢，称为预夹断。

预夹断后，沟道仍然存在，夹断点的电场强度大，仍能使多数载流子(电子)作漂移运动，形成漏极电流I DSS 。

若U DS 继续增加，使U DS ＞U GS －U GS （th ），即U GD ＜U GS （th ）时，耗尽层合拢部分会增加，并自夹断点向源极方向延伸，此时夹断区的电阻越来越大，但漏极电流I D 却基本趋于饱和，不随U DS 的增加而增加。

3-2 如何从转移特性上求g m 值？ 解： 利用公式gsdm dU dI g求g m 值。

3-3 场效应管符号中，箭头背向沟道的是什么管？箭头朝向沟道的是什么管？ 解：箭头背向沟道的是P 沟道；箭头朝向沟道的是N 沟道。

3-4 结型场效应管的U GS 为什么是反偏电压？ 解：若为正偏电压，则在正偏电压作用下，两个PN 结耗尽层将变窄，I D 的大小将不受栅-源电压U GS 控制。

3-5如图3-20所示转移特性曲线，指出场效应管类型。

对于耗尽型管，求U GS （off ）、I DSS ；对于增强型管，求U GS （th ）。

解：a P 沟道增强型。

U GS （th ）=－2Vb P 沟道结型。

U GS （off ）=3V 、I DSS =4mA3-6如图3-21所示输出特性曲线，指出场效应管类型。

对于耗尽型管，求U GS （off ）、I DSS ；对于增强型管，求U GS （th ）。

解：a N 沟道增强型。

U GS （th ）=1Vb P 沟道结型。

U GS （off ）=1V 、I DSS =1.2mAGS /Va－2 －1 图3-20 习题3-5图 U GS /Vb3-7 如图3-22所示电路，场效应管的U GS （off ）=－4V ，I DSS =4mA ；计算静态工作点。

第三章 多级放大电路自 测 题一、现有基本放大电路：A.共射电路B.共集电路C.共基电路D.共源电路E.共漏电路根据要求选择合适电路组成两级放大电路。

（1）要求输入电阻为1k Ω至2k Ω，电压放大倍数大于3000，第一级应采用 共射 ，第二级应采用 共射 。

（2）要求输入电阻大于10M Ω，电压放大倍数大于300，第一级应采用 共源 ，第二级应采用 共射 。

（3）要求输入电阻为100k Ω～200k Ω，电压放大倍数数值大于100，第一级应采用 共集 ，第二级应采用 共射 。

（4）要求电压放大倍数的数值大于10，输入电阻大于10M Ω，输出电阻小于100Ω，第一级应采用 共源 ，第二级应采用 共集 。

（5）设信号源为内阻很大的电压源，要求将输入电流转换成输出电压，且1000io ＞I U A ui ，输出电阻R o ＜100，第一级应采用 ，第二级应采用 。

解：（1）A ，A （2）D ，A （3）B ，A （4）D ，B （5）C ，B二、选择合适答案填入空内。

（1）直接耦合放大电路存在零点漂移的原因是 CD 。

A .电阻阻值有误差 B .晶体管参数的分散性 C .晶体管参数受温度影响 D .电源电压不稳定 （2）集成放大电路采用直接耦合方式的原因是 C 。

A .便于设计B .放大交流信号C .不易制作大容量电容（3）选用差分放大电路的原因是 A 。

A .克服温漂 B . 提高输入电阻 C .稳定放入倍数（4）差分放大电路的差模信号是两个输入端信号的 A ，共模信号是两个输入端信号的 C 。

A.差B.和C.平均值（5）用恒流源取代长尾式差分放大电路中的发射极电阻R e，将使电路的 B 。

A.差模放大倍数数值增大B.抑制共模信号能力增强C.差模输入电阻增大（6）互补输出级采用共集形式是为了使 C 。

A.电压放大倍数大B.不失真输出电压大C.带负载能力强解：（1）C，D （2）C （3）A （4）A，C （5）B（6）Cr=100三、电路如图PT3.3所示，所有晶体管均为硅管，β均为60，'bbΩ，静态时｜U BE Q｜≈0.7V。

第一章晶体二极管及其大体电路1—1 半导体二极管伏安特性曲线如图N—l所示，求图中A、B点的直流电阻和交流电阻。

解：从图中量得A、B点坐标别离为A(0．6V，5mA), B(0．58V，2mA)，故得1—2 二极管整流电路如图P1—2所示，已知ui＝200sinωt(V)，试画出uo的波形。

解：因变压器的匝数比为10：1，因此次级端电压为20 V，即u2＝10 slnωt (V)。

当u2为正半周且大于等于0．7V时，Vl导通，V2截止，u。

＝u2一0．7。

而u2为负半周且小于等于一0．7V时，那么V2导通，Vl截止，uo＝|u2|一0．7。

当|u2|＜0．7V时，V一、V2均截止，现在uo=0.由此画出的uo波形如图P1-2’所示，1—3 二极管电路如图P1—3所示，设二极管均为理想二极管(1)画出负载RL两头电压uo的波形(2)假设V3开路，试重画uo的波形。

(3)假设V3被短路，会显现什么现象?解：(1)u2为正半周时，V一、V2导通，V3、V4截止，uo＝u2; u2为负半周时，V一、V2截止，V3、V4导通，uo＝-u2即uo＝-u2。

uo波形如图P1—3’(a)所示。

(2)假设V3开路，那么u2的为负半周时，uo＝0，即uo变成半波整流波形，如图Pl—3’(b)所示。

(3)假设V3短路，那么u2为正半周时，将V1短路烧坏。

1—4 在图P1—4所示各电路中，设二极管均为理想二极管。

试判定各二极管是不是导通，并求Uo的值。

解：(1)在图(a)中，V2导通，V1截止，Uo＝5V。

(2)在图(b)中，V1导通，V2截止，Uo＝0V。

(3)在图(c)中，v一、v2均导通，现在有1—5 二极管限幅电路如图Pl—5(a)、(b)所示。

假设ui＝5sinωt(V)，试画出uo的波形。

解：(1)在图(a)中：当ui＞一2．7V时，V管截止，uo＝一2V；当ui≤一2．7V时，V管导通，u。

＝ui。

当ui＝5sinωt(V)时，对应的uo波形如图P1—5’(a)所示。

第3章场效应管及其基本放大电路自测题3.1填空题1．按照结构，场效应管可分为。

它属于型器件，其最大的优点是。

2．在使用场效应管时，由于结型场效应管结构是对称的，所以极和极可互换。

MOS 管中如果衬底在管内不与极预先接在一起，则极和极也可互换。

3．当场效应管工作于线性区时，其漏极电流D i 只受电压的控制，而与电压几乎无关。

耗尽型D i 的表达式为，增强型D i 的表达式为。

4．某耗尽型MOS 管的转移曲线如题3.1.4图所示，由图可知该管的DSS I =，U P =。

5．一个结型场效应管的电流方程为2GS D 161(mA)4U I ⎛⎫=⨯- ⎪⎝⎭，则该管的DSS I =，U P =；当GS 0u =时的m g =。

6．N 沟道结型场效应管工作于放大状态时，要求GS 0u ≥≥，DS u >；而N 沟道增强型MOS 管工作于放大状态时，要求GS u >，DS u >。

7．耗尽型场效应管可采用偏压电路，增强型场效应管只能采用偏置电路。

8．在共源放大电路中，若源极电阻s R 增大，则该电路的漏极电流D I ，跨导m g ，电压放大倍数。

9．源极跟随器的输出电阻与和有关。

答案：1．结型和绝缘栅型，电压控制，输入电阻高。

2．漏，源，源，漏，源。

3．GS u ，DS u ，2GS D DSS P 1u i I U ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，2GS D DO T 1u i I U ⎛⎫=- ⎪⎝⎭。

4．4mA ，-3V 。

5．16mA ，4V ，8ms 。

6．p U ，GS P u U -，T U ，GS T u U -。

7．自给，分压式。

8．减小，减小，减小。

9．m g ，s R 。

3.2选择题题3.1.4图1．P 沟道结型场效应管中的载流子是。

A ．自由电子；B ．空穴；C ．电子和空穴；D ．带电离子。

2．对于结型场效应管，如果GS P |||U U >，那么管子一定工作于。

A ．可变电阻区；B ．饱和区；C ．截止区；D ．击穿区。

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V T、夹断电压V P和饱和漏极电流I DSS或I DO 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，V GS(off)≈2V,I DSS≈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i D=f（v GS）。

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）I DSS、V P值为多大？（2）根据给定曲线，估算当i D=1.5mA和i D=3.9mA时，g m约为多少？（3）根据g m 的定义：GSDm dv di g，计算v GS = -1V 和v GS = -3V 时相对应的g m 值。

解： (1) I DSS =5.5mA,V GS(off)=-5V;(2) I D =1.5mA 时，gm ≈0.88ms,I D =3.9mA 时，gm ≈1.76ms;(3) V GS =-1V 时，gm ≈0.88ms,V GS =-3V 时，gm ≈1.76ms题1.3.4 由晶体管特性图示仪测得场效应管T 1和T 2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V P 或V T 值，以及v DS =5V 时的I DSS 或 I DO 值。

第3章 场效应管及其放大电路例题解析例3．1 试将场效应管栅极和漏极电压对电流的控制机理，与双极型晶体管基极和集电极电压对电流的控制机理作一比较。

场效应管栅极电压是通过改变场效应管导电沟道的几何尺寸来控制电流。

漏极电压则改变导电沟道几何尺寸和加速载流子运动。

双极型三极管基极电压是通过改变发射结势垒高度来控制电流，集电极电压(在放大区)是通过改变基区宽度，从而改变基区少子密度梯度来控制电流。

例3．2 N 沟道JFET 的转移特性如图3．1所示。

试确定其饱和漏电流I DSS 和夹断电压V P 。

解 由图3．1可至知，此JFET 的饱和漏电流I DSS ≈4mA ，夹断电压V P ≈-4V 。

例3．3 N 沟道JFET 的输出特性如图3．2所示。

漏源电压的V DS ＝15V ，试确定其饱和漏电流I DSS 和夹断电压V P 。

并计算V GS ＝-2V 时的跨导g m 。

解 由图3．2可得：饱和漏电流I DSS ≈4mA ，夹断电压V P ≈-4V ，V GS ＝-2V 时，用作图法求得跨导近似为：ms g m 2.1)2(14.16.2=----≈ 例３．4 在图3．3所示的放大电路中，已知V DD ＝20V ，R D ＝10k Ω，R S ＝10k Ω，R １＝200k Ω，R 2＝51k Ω，R G ＝1M Ω，并将其输出端接一负载电阻R L ＝10 k Ω。

所用的场效应管为N 沟道耗尽型，其参数I DSS ＝0．9mA ，V P ＝—4V ，g m ＝1．5mA ／V 。

试求：(1)静态值；(2)电压放大倍数。

解 (1) 画出其微变等效电路，如图3．4所示。

其中考虑到ｒＧＳ很大，可认为ｒＧＳ开路，由电路图可知，V V V R R R V DD G 42010)51200(105133212=⨯⨯+⨯=+= 并可列出D D S G GS I I R V V 310104⨯-=-=图3．1 图3．2在V P ≤V GS ≤0范围内，耗尽型场效应管的转移特性可近似用下式表示：2)1(P GS DSS D V V I I -= 联立上列两式 323109.0)41(10104-⨯⨯+=⨯-=⎩⎨⎧GS D D GS V I I V 解之得V V mAI GS D 15.0-==并由此得 V V I R R V V DS D DD DS 10105.010)1010(20)(33=⨯⨯⨯+-=+-=-(2)电压放大倍数为5.7101010105.1'-=+⨯⨯-=-=L m V R g A 式中 L D L R R R //'=例3．5 已知图3．5(a)所示放大电路中的结型场效应管的V P ＝-3V ，I DSS ＝3mA ，r DS ＞＞R d ，试用微变等效电路法求：(1)电压放大倍数A V1和A V2(2)输入电阻R i 和输出电阻R o1及R o2。

第3章场效应管及其放大电路习题解3.1教学内容与要求本章介绍了场效应管的结构、类型、主要参数、工作原理及其基本放大电路。

教学内容与教学要求如表1.1所示。

表3.1第3章教学内容与要求3.2内容提要3.1.1场效应晶体管1．场效应管的结构及分类场效应管是利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流的，是电压控制型器件。

工作过程中起主要导电作用的只有一种载流子（多数载流子），故又称单极型晶体管。

场效应管有两个PN结，向外引出三个电极：漏极D、栅极G和源极S。

(1)栅源控制电压的极性对JFET，为保证栅极电流小，输入电阻大的特点，栅源电压应使PN结反偏。

N沟道JFET：UGS<0；P沟道JFET：UGS>0。

对增强性MOS管，N沟道增强型MOS管，参加导电的是电子，栅源电压应吸引电子形成反型层构成导电沟道，所以UGS>0；同理，P沟道增强型MOS管，UGS<0。

对耗尽型MOS管，因二氧化硅绝缘层里已经掺入大量的正离子（或负离子：N沟道掺入正离子；P沟道掺入负离子），吸引衬底的电子（或空穴）形成反型层，即UGS=0时，已经存在导电沟道，所以，栅源电压UGS 可正可负。

(2)夹断电压UGS(off)和开启电压UGS(th)对JFET和耗尽型MOS管，当｜UGS｜增大到一定值时，导电沟道就消失（称为夹断），此时的栅源电压称为夹断电压UGS(off)。

N沟道场效应管UGS(off)<0；P沟道场效应管UGS(off)>0。

对增强型MOS管，当UGS增加到一定值时，才会形成导电沟道，把开始形成反型层的栅源电压称为开启电压UGS(th)。

N沟道增强型MOS管UGS(th)>0；P沟道增强型MOS管UGS(th)<0。

(3)栅源电压uGS对漏极电流iD的控制作用场效应管的导电沟道是一个可变电阻，栅源电压uGS可以改变导电沟道的尺寸和电阻的大小。

当uDS=0时，uGS变化，导电沟道也变化但处处等宽，此时漏极电流iD=0；当uDS≠0时，产生漏极电流，iD≠0，沿沟道产生了电位梯度使导电沟道变得不等宽。

第三章 三极管放大电路基础习题解答3．1 对于典型的晶体管，其β值范围一般为150~50，试求其对应的α值范围。

解：因为ββα+=1，当β值范围为150~50，α值的范围为0.98~0.993。

3．2 如果两个晶体管的参数α分别为0.99和0.98，则两个晶体管的β分别为多少？若其集电极的电流为mA 10，则对应的基极电流分别为多少？ 解：因为ααβ-=1，C B I I β1=。

当99.0=α时，100=β，mA I B 1.0=；当98.0=α时，50=β，mA I B 2.0=。

3．3 对于一个晶体管，若其基极电流为A μ5.7，集电极电流为A μ940，试问晶体管的β和α分别为多少？ 解：33.1255.7940===B C I I β， 992.033.125133.1251=+=+=ββα 3．4 对于一个PNP 型晶体管，当集电极电流为mA 1，其发射结电压V v EB 8.0=。

试问，当集电极电流分别为mA 10、A 5时，对应的发射结电压EB v 分别为多少？ 解：因为TBEV V S C eI I =，则有⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=S C T BE I I V V ln ，因此有⎪⎪⎭⎫⎝⎛=S C T BE I I V V 11ln 。

所以有⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-C C T BE BE I I V V V 11ln若令mA I C 101=时，V I I V V V C C T BE BE 06.0110ln 26ln 11=⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-，则V V V BE BE 86.006.08.006.01=+=+=若令A I C 51=时，V I I V V V C C T BE BE 22.015000ln 26ln 11=⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-，则V V V BE BE 02.122.08.022.01=+=+=。

3．5 在图P3.5所示的电路中，假设晶体管工作在放大模式，并且晶体管的β为无限大，试确定各图中所对应标注的电压、电流值。