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电工学电子技术基础 第4章 习题解答第4章 场效应管放大电路与 功率放大电路 4.1 图4.1所示为场效应管的转移特性，请分别说明场效应管各属于何种类型。说明它的开启电压Uth约是多少。 iD / mA-iD / mA321-10iD / mA1-32uGS / V-3-2-10uGS / V(a)-4-20uGS / V(b)(c)图4.1 习题4.1图 解：(a) N沟道 耗尽型FET UP=3V； (b) P沟道 增强型FET UT=4V； (c) P沟道 耗尽型FET UP=2V。 4.2 某MOSFET的IDSS = 10mA且UP = 8V。(1) 此元件是P沟道还是N沟道？(2) 计算UGS = 3V是的ID；(3) 计算UGS = 3V时的ID。 解：(1) N沟道； UGS3)=10´(1-)=3.9(mA) UP8U3(3) ID=IDSS(1-GS)=10´(1+)=18.9(mA) UP8(2) ID=IDSS(1-4.3 画出下列FET的转移特性曲线。 (1) UP = 6V，IDSS = 1mA的MOSFET；(2) UT = 8V，K = 0.2mA/V2的MOSFET。 解： iD/mA1iD/mA3.26(1) ouGS/V (2) o812uGS/V4.4 试在具有四象限的直角坐标上分别画出4种类型MOSFET的转移特性示意图，并标明各自的开启电压或夹断电压。 解： iD耗尽型N沟道增强型N沟道UPoUTUTUPuGS4.5判断图4.2所示各电路是否有可能正常放大正弦信号。 解： (a) 能放大 增强型耗尽型P沟道P沟道(b) 不能放大，增强型不能用自给偏压 (c) 能放大 &<1，可增加Rd，并改为共源放大，不能放大，增强型不能用自给偏压。共漏Au将管子改为耗尽型，改电源极性。 图4.2 习题4.5电路图 4.6 电路如图4.3所示，MOSFET的Uth = 2V，Kn = 50mA/V2，确定电路Q点的IDQ和UDSQ值。 解：UGSQ=Rg2Rg1+Rg2´VDD=15´24=3.13(V) 100+15IDQ=Kn(UGSQ-Uth)2=50´(3.13-2)2=63.9(mA) UDSQ=VDD-IDQRd=24-63.9´0.2=11.2(V) +VDD12V+VDD24V+VDD-9VRd1.0kVTRd560VTRg1100kRd200VTRgRg215k10M10MRg(a)(b)图4.3 习题4.6电路图 图4.4 习题4.7电路图 4.7 试求图4.4所示每个电路的UDS，已知|IDSS| = 8mA。 解：(a) UGSQ=0(V) IDQ=IDSS=8(mA) UDSQ=VDDIDQRd = 128×1=4(V) (b) UGSQ=0(V) IDQ=IDSS=8(mA) UDSQ=VDDIDQRd = 9+8×0.56=4.52(V) 4.8 电路如图4.5所示，已知VT在UGS = 5V时的ID = 2.25mA，在UGS = 3V时的ID = 0.25mA。现要求该电路中FET的VDQ = 2.4V、IDQ = 0.64mA，试求： (1) 管子的Kn和Uth的值； (2) Rd和RS的值应各取多大？ 解：ID=Kn(UGS-Uth)2 2.25= Kn(5-UTh)2 0.25= Kn(3-Uth)2 Uth1=3.5(V) (不合理，舍去)，Uth2=2(V) 求得：Kn=0.25mA/V2，Uth=2V VDQ=VDD-IDQ·Rd 2.4=120.64Rd Rd=15k 0.64=0.25(UGSQ-2)2 UGSQ1=0.4(V)(不合理，舍去) UGSQ2=3.6(V) UGSQ=100.64·Rs Rs=10k 4.9 电路如图4.6所示，已知FET的Uth = 3V、Kn = 0.1mA/V2。现要求该电路中FET的IDQ = 1.6mA，试求Rd的值应为多大？ +VDD12VRdRd+VDD15VVTRg1.2MRS-VSS-10VVT图4.5 习题4.8图 图4.6 习题4.9图 解：1.6=0.1(UGSQ3)2 UGSQ1=7(V) UGSQ2=1(V)(不合理，舍去) UDSQ=UGSQ=7(V) UDSQ=151.6×Rd Rd=5k 4.10 电路如图4.7所示，已知场效应管VT的Uth = 2V，U(BR)DS = 16V、U(BR)GS = 30V，当UGS = 4V、UDS = 5V时的ID = 9mA。请分析这四个电路中的场效应管各工作在什么状态(截止、恒流、可变电阻、击穿)？ VTRd5k15VRg1.2MVTRd5k20VRg1.2MRS2k1V(a)VT(b)VTRd5k12VRg1.2MRd3k12VRg1.2M3V3V(c)(d)图4.7 习题4.10图 解：(a) 截止 (b) UDSQ=20V>U(BR)DS，击穿 (c) ID=Kn(UGS-Uth)2 9= Kn (42)2 Kn =2.25mA/V2 UGSQ=3V IDQ=2.25(32)2 IDQ=2.25mA UDSQ=122.25×5=0.75(V)<UGSQUth =1V 处于可变电阻区 (d) UDSQ=122.25×3=5.25(V)>UGSQUth =1V 处于恒流区 4.11 图4.8所示场效应管工作于放大状态，rds忽略不计，电容对交流视为短路。跨导为gm=1ms。画出电路的交流小信号等效电路；求电压放大倍数Au和源电压放大倍数Aus；求输入电阻Ri和输出电阻Ro。 ··图4.8 习题4.11电路图 解： Rs+Rg3&UgsRg2+&gmUgs+&Ui&UsRg1Ri&RdUR1oRo(2) Ri=Rg3+Rg2/Rg1=2+0.3/0.1=2.075(M) Ro=Rd=10k &U-gmRd1´10&(3) Au=o=-=-3.3 &1+1´2Ui1+gmR12.075&=RiA&=- A´3.3»-3.3 usuRi+Rs2.075+0.001&、4.12 电路如图4.9所示，已知FET在Q点处的跨导gm = 2mS，=0，试求该电路的AuRi、Ro的值。 Rg12MC1VTC2+VDD20VuiRg20.5MRS3kRL10kuo 图4.9 习题4.12电路图 解：Ri=Rg2/Rg1=2/0.5=0.4(M) Ro=Rs/11=3/=429() 2gm&=gmRs/RL=2´3/10=0.822 Au1+gmRs/RL1+2´3/10+&Ugs+&gmUgs+&UiRg1Rg2RsRL&UoRiRo4.13 由于功率放大电路中的晶体管常处于接近极限工作的状态，因此，在选择晶体管时必须特别注意哪3个参数？ 解：最大集电极电流ICM 、最大集电结耗散功率PCM 和反向击穿电压U(BR)CEO 4.14 一双电源互补对称功率放大电路如图4.10所示，设VCC=12V，RL=16W，ui为正弦波。求：在晶体管的饱和压降UCES可以忽略的情况下，负载上可以得到的最大输出功率Pom；每个晶体管的耐压|U(BR)CEO|应大于多少；这种电路会产生何种失真，为改善上述失真，应在电路中采取什么措施。 22解：(1) Pom=(VCC-UCES)=12=4.5(W)，(2) |U(BR)CEO|³2VCC=24(V) 2RL2´16(3) 会产生交越失真，工作于甲乙类工作状态可以消除这种失真。 图4.10 习题4.14电路图 图4.11 习题4.15电路图 4.15 一个单电源互补对称功放电路如图4.11所示，设VCC=12V，RL=8W，C的电容量很大，ui为正弦波，在忽略晶体管饱和压降UCES的情况下，试求该电路的最大输出功率Pom。 (VCC/2-UCES)262解：P=2.25(W) om=2RL2´84.16 在图4.12所示的电路中，已知VCC=16V，RL=4W，ui为正弦波，输入电压足够大，在忽略晶体管饱和压降UCES的情况下，试求：最大输出功率Pom；晶体管的最大管耗PCM；若晶体管饱和压降UCES=1V，最大输出功率Pom和h。 (VCC-UCES)2162解：(1) P=32(W) om=2RL2´4(2) PCM³0.2Pom=6.4(W) pUomp16-1(VCC-UCES)2152(3) P， h=×=×=73.6% =28.1(W)om4V4162RL2´4CC4.17 在图4.13所示单电源互补对称电路中，已知VCC=24V，RL=8W，流过负载电阻的电流为io=0.5coswt(A)。求：负载上所能得到的功率P电源供给的功率PV。 o；2 图4.12 习题4.16电路图 图4.13 习题4.17电路图 æ0.5ö解：P=ç÷´8=1(W) oè2øVCC´Uom2211PV=×=×VCC´Icm=´24´0.5=3.82(W) pRLpp4.18 在图4.14中哪些接法可以构成复合管？哪些等效为NPN管？哪些等效为PNP管？ 图4.14 习题4.18电路图 解：(a) 不能 (b) 不能 (c) 能 NPN (d) 能 PNP 4.19 图4.15所示电路中，三极管1 = 2 = 50，UBE1 = UBE2 = 0.6V。(1) 求静态时，复合管的IC、IB、UCE； (2) 说明复合管属于何种类型的三极管； (3) 求复合管的。 +15VRb1.5MRc300ICIBVT1IBVT2UCERb1.5MVT1VT2IC-15V(a)(b)UCERe2k图4.15 习题4.19电路图 解：(a) IBQ= ICQ 15-0.6-0.6=9.2(A) 1.5=ICQ1+ICQ2=b1IBQ+(1+b1)b2IBQ=23.92(mA) UCEQ=15-ICQ×Rc=15-23.92´0.3=7.824(V) b»b1×b2=2500 相当于NPN 15-0.6=2.18(A) Rb+1+b1+b1b2Rc=IEQ2=(1+b2)b1IBQ=5.56(mA) (b) IBQ= ICQ UCEQ=15-IEQ×Rc=15-(5.56+0.00218)´2=3.88(V) b»b1×b2=2500 相当于PNP