实验2场效应管放大电路设计.docx
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1、实验2 场效应管放大电路设计3.2 场效应管放大电路设计 3.2.1、实验目的 1掌握场效应管的特性和参数的测试方法。 2掌握场效应管放大器性能的调测方法。 3.2.2、实验原理与设计方法 1.场效应管的分类 场效应管是一种电压控制电流器件。其特点是输入电阻高,噪声系数低,受温度和辐射影响小。因而特别使用于高灵敏度、低噪声电路中。 场效应管的种类很多,按结构可分为两大类:结型场效应管和绝缘栅型场效 应管.结型场效应管又分为N沟道和P沟道两种。绝缘栅场效应管主要指金属一氧化物半导体场效应管。MOS管又分为“耗尽型”和“增强型”两种,而每一种又分为N沟道和P沟道。 515结型场效应管是利用导电沟道
2、之间耗尽区的宽窄来控制电流的,输入电阻之间;绝缘栅型是利感应电荷的多少来控制导点沟道的宽窄从而控制电流的大小 其输入阻抗很高(其栅极与其他电极互相绝缘),以及它在硅片上的集成度高,因此在大规模集成电路中占有极其重要的地位。 2.场效应管的特性 下面以N沟道增强型MOS场效应管为例进行说明场效应管的特性. 图3.2.1为N沟道增强型MOS场效应管的输出特性曲线。输出特性曲线分为三个区:可变电阻区、恒流区和击穿区。 (1)可变电阻区 当UGsUt时,沟道形成;在UDS= 0时,沟道内横向电场等于零,所以ID=0;当UDSd大于0时,沟道内的 可变电阻区UGS击穿区恒流区UDS图 3.2.1 N 沟
3、道增强型 MOS 场效应管电子在横向电场作用下,产生漏极电流ID。但当UDS较小时,由于UDS的变化对沟道大小影响不大,沟道电阻基本为一常数,ID基本随UGS作线性变化。 当UGs恒定时,沟道导通电阻近似为一常数,从此意义上说,该区域为恒定电阻区,当Ucs变化时,沟道导通电阻的值将随UGS变化而变化,因此该区域又可称为可变电阻区。利用这一特点,可用场效应管作为可变电阻器。 (2)恒流区 当UGs恒定,在未饱和时,增加UDs,使漏极电流ID增加,当加大到使靠近漏极端的栅漏电压等于开启电压,漏极电流达到最大值,漏极端的导电沟道将开始消失(称为预夹断),此时场效应管刚好饱和;若继续增加UDS,即UD
4、sUT,会使漏极端导电沟道被夹断而出现耗尽层,并随着UDS的增加,夹断点向源极移动。由于耗尽层的电阻率远大于沟道的电阻率,因此当漏极端出现耗尽层后,所增加的UDS几乎全部降在耗尽层两端,而加在沟道两端的电压几乎不变,从而使漏极电流ID基本不随UDs而变。在输出特性曲线上,将不同值时的预夹断点连起来,即是图3.2.1中左侧的虚线。虚线右面即为恒流区(或称为饱和区)。场效应管作为放大器使用时,一般工作在此区域内。 (3)击穿区当 UDs增加到某一临界值时,ID开始迅速增大, 曲线上翘, 场效应管不工作,甚至烧毁,场效应管工作时要避免进入此区间. 3.场效应管的参数 衡量场效应管控制能力的重要参数指
5、标是跨导gm。即 gm=iDvGSQ 其大小表征在工作点Q处栅源交流电压UGS对漏极交流电流的控制作用,其典型直为lms一10ms。 表征场效应管器件输出电流减小到接近于零时的栅源电压称为夹断电压,它是耗尽型场效应管的重要参数;表征场效应管器件开始有输出电流时的栅源压,它是增强型场效应管的重要参数。 4场效应管的判别与实验测试 结型场效应管有三个电极,即源极、栅极和漏极,可以用万用表测量电阻的方法,把栅极找出,而源极和漏极一般可对调使用,所以不必区分。测的依据是,源极和漏极之间为一个半导体材料电阻,用万用表测量电阻的R1kQ量程挡,分别测量源极对漏极、漏极对源极的电阻值,它们应该相等。也可以根
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