厦门大学电子实验5报告.docx

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1、实验名称：场效应管放大器一、实验目的1. 学习场效应管放大电路设计和调试方法；2. 掌握场效应管基本放大电路的设计及调整、测试方法。二、实验仪器1. 示波器1台2. 函数信号发生器1台3. 直流稳压电源1台4. 数字万用表1台5. 多功能电路实验箱1台6. 交流毫伏表1台三、实验原理1. 场效应管的主要特点：场效应管是一种电压控制器件，由于它的输入阻抗极高（一般可达上百兆、甚至几千兆）， 动态范围大，热稳定性好，抗辐射能力强，制造工艺简单，便于大规模集成。因此，场效应 管的使用越来越广泛。场效应管按结构可分为MOS型和结型，按沟道分为N沟道和P沟道器件，按零栅压源、 漏通断状态分为增强型和耗尽

2、型器件，可根据需要选用。那么，场效应管由于结构上的特点 源漏极可以互换，为了防止栅极感应电压击穿要求一切测试仪器，都要有良好接地。2. 结型场效应管的特性：转移特性（控制特性）：反映了管子工作在饱和区时栅极电压vgs对漏极电流ID的控 制作用。当满足|VDSI|vgs|vp|时，id对于vgs的关系曲线即为转移特性曲线。如图1所 示。由图可知。当Vgs=0时的漏极电流即为漏极饱和电流IDSS，也称为零栅漏电流。使ID=0 时所对应的栅极电压，称为夹断电压vgs=vgs（th）。转移特性可用如下近似公式表示：I =I （1-V /V ）2（当 03V 3V ）D DSS、 GS GS（TH） G

3、S P这样，只要IDSS和VGS（TH）确定，就可以把转移特性上的其他点估算出来。转移特性的斜率为： gm=A ID/A VGS|VDS=常数它反映了 vgs对ID的控制能力，是表征场效应管放大作用的重要参数，称为跨异。一般为 0.15ms （mA/V）。它可以由式1求得：gm=-2IDSS/VGS（TH） X（ 1-VGS/VGS（TH）输出特性（漏极特性）反映了漏源电压VDS对漏极电流IC的控制作用。图2为N沟道场 效应管的典型漏极特性曲线。由图可见，曲线分为三个区域，即I区（可变电阻区），II区（饱和区），m区（截止区）。饱和区的特点是VDS增加时ID不变（恒流），而VGS变化时，ID随

4、之变化（受控），管子相当 于一个受控恒流源。在实际曲线中，对于确定的VGS的增加，ID有很小的增加。对VDS的 依赖程度，可以用动态电阻rDs表示为：rDS=A VDS/A ID|VGS=常数在一般情况下，rDS在几千欧到几百欧之间。i l /pB J 、曲谐墙度说转暮时性阉2 ，脚as场鼓藤精忸理/ *rv.Vgsq=-IdRs31 J# V*州 3R电图示仪测试场效应管特性曲线的方法： 连接方法：将场效应管G、D、S分别插入图示仪测试台的B、C、E。 输出特性测试：集电极电源为+10v，功耗限制电阻为1kQ； X轴置集电极电压lV/度，Y轴 置集电极电流0.5mA/度；与双极型晶体管测试不

5、同为阶梯信号，由于场效应管为电压控制 器件，故阶梯信号应选择阶梯电压，即：阶梯信号：重复、极性：一、阶梯选择0.2V/度， 则可测出场效应管的输出特性，并从特性曲线求出其参数。 转移特性测试：在上述测试的基础上，将X轴置基极电压0.2V/度，则可测出场效应管 的转移特性，并从特性曲线求出其参数。场效应管主要参数测试电路设计： 根据转移特性可知，当Vgs=0时，ID=IDSS，故其测试电路如图3所示。 根据转移特性可知，当ID=0时，Vgs=Vgs（th）,故其测试电路如图4所示。3. 自给偏置场效应管放大器：自给偏置N沟道场效应管共源基本放大器如图5所示，该电路与普通双极型晶体管放 大器的偏置

6、不同，它利用漏极电流ID在源极电阻RS上的压降IDRs产生栅极偏压，即：由于N沟道场效应管工作在负压，故此称为自给偏置，同时Rs具有稳定工作点的作用。 该电路主要参数为：电压放大倍数：AV=Vi=-gmRL式中：Rl =Rd Rl K 输入电阻：RiRG输出电阻：RO=RDHrDS4. 恒流源负载的场效应管放大器：由于场效应管的gm较小。提高其放大倍数的一种方法代替，如图6所示。它利用 场效应管工作在饱和区时，静态电阻小、动态电阻较大的特性，在不提高电源电压的情况下，可获得较大的放大倍数。5. 设计举例：试设计一个场效应管放大器，场效应管选用K30A；管脚排列为：要求电源电压为+12V； 负载

7、为Rl为10k； Av35、Ri3500k、RoW10k、/L500kQ确定q、c2、cs一般取 C1=0.01p F, C2_1p F,Cs=47p F设计参数验算： 一AV=-gmRL=1.8 X 6.8 10R7.3;Ri Rg=620K;RqRl=10K;根据上述设计，符合设计要求。 L6. 场效应管放大器参数测试方法：静态工作点调试：同单极放大器调试方法；电压放大倍数测量：同单极放大器调试方法；放大器频率特性测量：同单极放大器调试方法；输入阻抗测量：放大器输入阻抗为从输入端向放大器看进去的等效阻抗，即：Ri=Vi/Ii 该电阻为动态电阻，不能用万用表测量。输入阻抗Ri测量装置图如图7

8、所示。信号二 发生器；CHlSf _示波器壬此较小时泗咒较大时测量测量途中，R为测量Ri所串联在输入回路的已知电阻(该电阻可根据理论计算Ri选择， 为减小测量误差，一般选择与Ri同数量级)，其目的是避免测量输入电路中电流，而改由测 量电压进行换算，即：图7输入阻抗测量装置图上述测量方法仅适用于放大器输入阻抗远远小于测量仪器输入阻抗条件下。然而，场效 应管放大器输入阻抗非常大，上述设计放大器要求：Ri500kQ，而毫伏表测量将产生较大 的误差，同时将引入干扰。故不能用毫伏表测量Vi。同时，由于放大器输出阻抗较小，毫伏 表可直接测量。因而采用测量输出电压换算求Ri。当电路不串入R时，V.1=Vs，

9、输出测量值为：Vo1=Av*Vi1=Av*Vs ；当电路传入R时，Vi2=Ri*Vs/(Ri+R)，输出测量值为:Vo2=Av*Vi2=Av*Ri*Vs/(Ri+R)由于同一放大电路：其放大倍数相同，令上述两式相除进行整理可得：Ri=Vo2*R/(Voi -Vo2)输出阻抗测量装置如图5所示，在输入回路不串接R情况下：若输出回路不并接负载RL，则输出测量值为：vo ；若输出回路并接负载RL，则输出测量值为：Vol；则可按下式求R。R =(V -V )/I =(V -V )/(V /R)=(V /V -1)/R O CC C 、 CC 11 C ，、 C ，Cl11 I8OL O O8OL OL

10、O8OLL在上述输入阻抗、输入阻抗测量时，应保证输出波形不失真。四、实验内容1.电路搭接：根据重新设计电路，在实验箱上搭接实验电路，检查电路连接无误后，方可将+12V直 流电源接入电路。其中Rs采用实验箱上的1kQ电位器。：R3-VW-边igG4JR26.SkQ：3 Q22SK3&ATM2.静态工作点的调试测量：根据设计理论值，通过调整电位器Rs，使静态工作点基本符合设计参数并填入表3。表3 静态工作点设计、测量测量计算静态工作点VDQ(V)Vgq(v)Vsq(v)IDQ(mA)Vds(v)Vgs(v)实际测量值5.820V0.002V0.9481V0.909V4.872V-0.9261V理论

11、设计值(仿真值)6V1.244mV0.7648V0.882V5.235V-0.7647V3. 场效应管放大参数测试：参照单级放大器参数测试方法，选择合适的输入信号，自拟实验步骤测量放大倍数。参照输入阻抗测试方法，选择合适的串接电阻自拟实验步骤测量输入阻抗。参照输出阻抗测试方法，选择合适的负载RL，自拟实验步骤测量输出阻抗。表4放大倍数、输入电阻、输出电阻测量R=0R=620KVi=VsVo8VClV niVi=RiXVs：(Ri+R)VCP实验 值176.8mV1.961V1.260V1.260V595.8mV仿真 值176.8mV2.079V1.455V1.455V739.6mV计算：输入电

12、阻：Ri=Vo2*R/(Vo1-Vo2)=556kO输出电阻：Ro=(Vo8/Vol1)Rl=3.78kQ放大倍数：Au=VoL/Vi=7.133. 采用恒流源负载的场效应管放大器：在上述电路基础上，按图7更改电路，其中Rs改为510Q电阻，Rw采用实验箱上1k Q电位器，通过调整Rw，使静态工作点与上述电路基本相符合，以便进行比较。自拟实验 步骤，测量放大器放大倍数和输出阻抗，并与上述电路参数进比较，说明恒流源负载的作用。五、故障分析及解决做实验一时，因为看到课本用的电容没有极性之分，连接电路时没有注意实验用的 电容是有极性的，导致极性电容放电使结果测量值偏小，不过在经过一步步排查后最终能 解决这个问题。六、心得体会实验因为有比较认真的看了课本，所以做的相对还是比较顺利的，当然实验过程有遇到一些 问题，不过也慢慢学会自己解决问题了，另外，在做实验时一定要注意细节问题，不要想当 然。