场效应晶体管 ​

习题及参考解答 ​

知识点1：场效应管的结构与工作原理 ​

1、某场效应管的转移特性如下图所示，该管为 ________ 。

A. P沟道增强型MOS管 B. P沟道结型场效应管

C. N沟道增强型MOS管 D. N沟道耗尽型MOS管

D

2、当场效应管的栅源电压为零时，漏源之间存在导电沟道的称为 ________ 型场效应管；漏源之间不存在导电沟道的称为 ________ 型场效应管。

耗尽 增强

3、如下图所示场效应管的转移特性曲线，它属于 ________ 场效应管。

A. N沟道耗尽型 B. N沟道增强型

C. P沟道耗尽型 D. P沟道增强型

B

4、增强型 n-MOSFET 的阈值电压 $V_{th}$ ______ 0 ，耗尽型 n-MOSFET 的阈值电压 $V_{th}$ ______ 0 。（填 $>$ 或 $<$ ）

$>$ $<$

5、场效应管又称为单极型晶体管，因为 ________ 。

只有一种载流子参与导电过程

6、单极型半导体器件是 ________ 。

A. 二极管 B. 三极管 C. 场效应管 D. 稳压管

C

7、在饱和区，场效应管的漏极电流仅仅取决于 ________ （少数/多数）载流子运动产生的。

多数

8、场效应管发生预夹断后，管子 ________ 。

A. 损坏 B. 进入截止区 C. 进入饱和区 D. 进入可变电阻区

C

9、MOSFET 发生沟道夹断时，其工作在 ________ 。

A. 饱和区 B. 线性区 C. 截止区 D. 可变电阻区

A

10、MOSFET 本质上可以看作 ________ 。

A. 电压控制电流源 B. 电流控制电压源

C. 电压控制电压源 D. 电流控制电流源

A

11、增强型 n-MOSFET 的阈值电压 $V_t$ __________ 0 ，耗尽型 n-MOSFET 的 $V_t$ __________ 0 ，增强型 p-MOSFET 的 $V_t$ __________ 0 ，耗尽型 p-MOSFET 的 $V_t$ __________ 0 。

A. >，<，<，> B. <，>，<，> C. >，<，>，< D. <，>，>，<

A

知识点2：场效应管的工作特性及其等效模型 ​

1、电路如下图所示，N沟道增强型MOSFET的特性如下：$V_t=1\mathrm{V}$，$k_n^{\prime }(W/L)=0.05\mathrm{m}\mathrm{A}/{\mathrm{V}}^2$，$V_T=26\mathrm{m}\mathrm{V}$，已知 $v_{GS}=3\mathrm{V}$ ，请计算当 $v_{DS}=1\mathrm{V}$ 和 $v_{DS}=4\mathrm{V}$ 时 $i_D$ 的大小。

当 $v_{DS}=1\mathrm{V}$ 时，$v_{GS}-v_t=3-1=2\mathrm{V}$

所以 $v_{DS}<v_{GS}-v_t$ 工作在非饱和区

$\Rightarrow i_D={k_n}^{\prime }\frac{W}{L}[(v_{GS}-v_t)v_{DS}-\frac{1}{2}{v_{DS}}^2]=0.05[2\times 1-\frac{1}{2}\cdot 1^2]=0.075\mathrm{m}\mathrm{A}$

当 $v_{DS}=4\mathrm{V}>v_{GS}-v_t$ 时，工作在饱和区

$\Rightarrow i_D=\frac{1}{2}{k_n}^{\prime }\frac{W}{L}(v_{GS}-v_t{)}^2=\frac{1}{2}\cdot 0.05\cdot 2^2=0.1\mathrm{m}\mathrm{A}$

2、一个NMOS管工作在饱和区，其漏极电压不得低于 ________ 。

A. 栅极电压 B. 源极电压 C. 栅极电压＋ $V_t$ D. 栅极电压－ $V_t$

D

3、不考虑管子的频率响应，求下列2个典型电路沿箭头方向的小信号等效电阻。

(a) $1/g_m$ (d) $r_o$

5、场效应管作为放大管使用时，应使其工作在其输出特性的 ________ 区 ，在该区域，场效应管的漏极电流主要取决于场效应管 ________ 之间的电压。

饱和区 栅极和源极

知识点3：MOSFET放大电路的分析计算 ​

1、如下图所示 MOSFET 放大电路，已知 T1 和 T2 管的参数分别为 $(W/L{)}_1=1$ ，$(W/L{)}_2=1/4$，$\mu C_{ox}=20\mu \mathrm{A}/{\mathrm{V}}^2$ （两管相同），$V_A=50\mathrm{V}$ （两管相同），静态偏置电流 $I_D=200\mu \mathrm{A}$ 。求该电路的输出电阻 $R_o$ 和电压增益 $A_v$ 。

$r_{o1}=r_{o2}=\frac{V_A}{I_D}=\frac{50}{200\times {10}^{-6}}=250\mathrm{k}\mathrm{\Omega }$

​ $R_o=r_{o1}//r_{o2}=125\mathrm{k}\mathrm{\Omega }$

​ $g_m=\mu C_{ox}\frac{W}{L}\left(V_{GS}-V_t\right)$

​ $I_D=\frac{1}{2}\mu C_{ox}\frac{W}{L}{\left(V_{GS}-V_t\right)}^2$

​ $\begin{array}{l}{A}_v=-g_m{R}_o=-\sqrt{2I_D\cdot \mu C_{ox}\cdot {\left(\frac{W}{L}\right)}_1}\times R_o\\ =-\sqrt{2\times 200\times {10}^{-6}\times 40\times {10}^{-6}\times 1}\times 125\times {10}^3\\ \approx -15.8\end{array}$

2、在下图所示的 NMOS 电路中，管子参数为阈值电压 $V_t=1\mathrm{V}$，$W/L=5$，${\mu }_n{C}_{ox}=0.2\mathrm{m}\mathrm{A}/{\mathrm{V}}^2$，则直流偏置电流 $I_D=$ ________ mA。

0.5

3、如下图所示电路，已知耗尽型 NMOS 管的 $g_m=0.9\mathrm{m}\mathrm{S}$，$U_{DD}=12\mathrm{V}$，$R_1=2\mathrm{M}\mathrm{\Omega }$，$R_2=300\mathrm{k}\mathrm{\Omega }$，$R_3=100\mathrm{k}\mathrm{\Omega }$，$R_4=12\mathrm{k}\mathrm{\Omega }$，电容 $C_1$ 和 $C_2$ 近似为无穷大。求电压增益 $A_u$、输入电阻 $R_i$ 和输出电阻 $R_o$ 。

等效电路如下：

​ $A_u=\frac{g_m{R}_4}{1+g_m{R}_4}=\frac{0.9\times 12}{1+0.9\times 12}\approx 0.92$

​ $R_i=R_1+R_2//R_3\approx 2075\mathrm{k}\mathrm{\Omega }$

​ $R_o=\frac{1}{{R_4}^{-1}+g_m}\approx 1.02\mathrm{k}\mathrm{\Omega }$

4、如下图所示电路，已知两个 NMOS 管的跨导均为 $g_m=10\mathrm{m}\mathrm{A}/\mathrm{V}$，不考虑沟道长度调制效应，求该放大器的电压增益 $v_o/v_i$ 。

$A_{v1}=\frac{v_{o1}}{v_i}=\frac{10||10||\frac{1}{g_m}}{\frac{1}{g_m}+10||10||\frac{1}{g_m}}\approx 0.49\mathrm{V}/\mathrm{V}$

​ $A_{v2}=\frac{v_o}{v_{i2}}=g_m\left(5//2\right)\approx 14.29\mathrm{V}/\mathrm{V}$

​ $A_v=A_{v1}\times A_{v2}\approx 7.0\mathrm{V}/\mathrm{V}$

5、如图所示电路，已知 MOSFET 的参数为 $V_{tn}=0.5\mathrm{V}$，${\mu }_n{C}_{ox}=0.4\mathrm{m}\mathrm{A}/{\mathrm{V}}^2$，$W/L=0.72\mu \mathrm{m}/0.18\mu \mathrm{m}$，不考虑沟道调制效应，设计要求电压 $V_D$ 为 0.7 V，则电阻 $R$ 应选为 ________ 。

34.4 kΩ

6、由 FET 组成的两个基本放大电路如图 (a)、(b) 所示，已知各 FET 的 $g_m=2\mathrm{m}\mathrm{S}$，分别求两个放大器的电压放大倍数 $A_v$、输入电阻 $R_i$ 和输出电阻 $R_o$ 。

1. (a) ${\dot{A}}_v=\frac{{\dot{V}}_o}{{\dot{V}}_i}=\frac{-g_m{\dot{V}}_{gs}(R_d//R_L)}{{\dot{V}}_{gs}}=-g_m(R_d//R_L)=-2\times (5.1//5.1)=-5.1\mathrm{V}/\mathrm{V}$

   ​ $R_i=\frac{{\dot{V}}_i}{{\dot{I}}_i}=R_g+R_{g1}//R_{g2}=5+\frac{200//62}{1000}=5+47\approx 5\mathrm{M}\mathrm{\Omega }$

   ​ $R_o=R_d=5.1\mathrm{k}\mathrm{\Omega }$

   (b) ${\dot{A}}_{vs}=\frac{{\dot{V}}_o}{{\dot{V}}_s}=\frac{g_m{\dot{V}}_{gs}R}{{\dot{V}}_{gs}+g_m{\dot{V}}_{gs}R}=\frac{2\times 2}{1+2\times 2}=0.8$

   ​ $R_i=\mathrm{\infty }$

   ​ $R_o=R_s//\frac{1}{g_m}=2//\frac{1}{2}=0.4\mathrm{k}\mathrm{\Omega }$