4990-昆虫静电电荷的测量与研究【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4990-昆虫静电电荷的测量与研究【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,昆虫,静电,电荷,测量,丈量,研究,钻研,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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南京林业大学 本科毕业设计（论文） 题目： 昆虫静电电荷 的 测量 与 研究 学 院 ： 信息科学技术学院 专 业： 电 子 信 息 工 程 学 号： 070802104 学生姓名： 贡 益 明 指导教师： 封 维 忠 职 称： 教 授 2011 年 6 月 昆虫静电电荷 的 测量 与 研究 摘 要 从 50 年代起就有对生物体器官本身的极化存储进行检测的结果，但是这些研究都是离体的生物器官 来做实验，这种特性虽是表征了生物体的某些特怔，但对了解生物体活体本身的自身带电性及其对生物体生命过程、生活的影响并未能深入或提供更多的信息。 在大袋蛾性信息素加病毒诱芯技术的研究中，我们观测到雄蛾带电的现象 ,进而对昆虫带电特性进行测量研究。测量不仅对了解昆虫带电特性及其本质有意义，而且，在研究清楚昆虫带静电规律的基础上可以利用这些规律用于害虫的防治 ， 因此昆虫带电不仅是基础理论问题，同时又有广阔的应用前景。 关键词 ： 昆虫，静电，雄蛾，害虫， 效率 of 0s to to of of in of is by of on of or In of we of of of in of in on of be of so of 目 录 第一章 绪论 1 言 1 虫静电的研究现状 1 题研究方法 4 第二章 开发工具 和 元 器 件介绍 5 9介 5 2.2 6 波器介绍 7 发工具在系统中的作用 8 量电路的要求 8 要元 器 件介绍 10 控芯片 10 11 片 13 第三章 电压放大器设计硬件部分 15 压放大器总原理图 15 置放大器电路设计 16 16 18 19 19 压跟随器电路设计 23 压增益控制电路设计 24 第四章 电压放大器实物制作 ,调试和测量 25 立元件图 25 试过程 25 虫静电测量实验 27 性的检测 27 29 29 虫静电测量结果 31 31 32 33 33 第五章 总结 35 设计总结 35 参考文献 36 致 谢 38 附录一 电压放大器的电路图 39 附录二 电压放大器的 40 附录三 电压放大器的 实物图 41 第 1 页 共 45 页 第一章 绪论 言 当前， 随着人们对 环境 的重视和科技的发展 ,对日常生活中的 环境 的要求越来越高。为满足人们对 优质环境 的要求 ,提高空气质量和帮助农业提高生产效率 ,用 昆虫生理特性 诱捕并且杀死昆虫具有了很广阔的前景 。 虫静电的 研究现状 国内外对昆虫的带电特征研究是经由过程把待测昆虫放置在法拉第桶内，使昆虫与法拉第桶直接接触，测量昆虫电荷经由过程法拉第桶流向年夜地而发生的电流巨细的体例来测量昆虫的带电特征，该测量体例改变了昆虫的勾当情形，改变了昆虫身上的电荷分布，而且在把昆虫放置到法拉第桶内部的过程中，就已经改变了昆虫的带电量的巨细，测得的数据不能真实地纺暌钩昆虫在自然情形下的带电特征。经由过程电场感应事理来实现对昆虫电荷的非接触测量的研究，国内外未见相关报道和论文 。经由过程电场数据来实现对昆虫的探测定位的研究，国内外并未见相关报道和研究论文。经由过程小波剖析对昆虫电荷数据进行剖析措置，国内外并未见相关报道和研究论文。经由过程测得昆虫的带电特征来进一步应用到对虫害的防治方面的研究，国内也鲜有报道和研究论文。 人类对电磁现象的认识是从研究静电现象开始的。早在几千年以前 ,古希腊人就发现了琥珀经摩擦后会吸附线头、灰尘之类轻小物体。我国春秋战国时代的史料也有类似的记载。我国东汉时期王充所著论衡里有 “顿牟掇芥 , 磁石引针” ( 编者注 : 顿牟即为琥珀 , 掇 , 拾取 ;芥 :轻微 细小之物 ) 的记载 , 在西晋张华的博物志中有 :“今人梳头 , 解著衣 , 有随梳解结 , 有光者 , 亦有咤声”的记载 , 这些都说明 , 在中国古代 , 人们对静电现象已有认识。从 16 世纪起 , 人类对静电现象开始进行科学的观察与研究。进入 20 世纪后 ,随着工业技术的发展 , 人们开始研究静电技术的应用。与此同时 , 静电这个不速之客闯进了许多高速发展的工业部门 , 造成了人们难以预料的各种障碍和事故。随着科学技术的发展 , 高分子材料、微电子技术和电爆装置的广泛应用 , 静电造成的危害已受到世界各发达国家的普遍重视。古老的 静电学又获得了新生。逐渐由经典的静电学发展成为静电工程学和静电防护工程学。以研究静电危害及其防护为主的静电防护工程 第 2 页 共 45 页 学 ,是一门涉及到气体放电理论、材料科学和近代电测技术等多学科知识的新兴学科 ,其理论与技术正处在发展和完善阶段。这些理论和技术虽然建立在经典静电学的基础之上 , 但是单纯使用传统的静电学概念和理论 , 有时无法解决静电防护工程的实际问题。比如通常意义上的导体与非导体和静电导体与静电非导体在概念和量值划分方面有很大的差异 ; 欧姆定律是经典物理学和电工学中的基础理论之一 ,但是在静电防护工程学中却不能简单地 使用人们熟悉的欧姆定律去研究高压强静电场中的物质导电问题 ; 又如 , 在静电学中研究的对象主要是“相对观察者静止电荷激发的静电场” , 或者说 ,电荷处于相对稳定 , 仅仅考虑它周围的电场效应 , 其磁场效应相比之下可以忽略不计 , 但是近代科学技术的发展已告诫人们 , 在静电防护工程中 , 不仅要研究静电带电体的电场作用 , 还要研究它在周围产生的磁场效应 ,尤其是静电放电产生的电磁脉冲 , 其频带宽度超过 1 这种高频强辐射电磁场对信息化电子设备和精确制导武器及电火工品的危害是十分严重的。研究静电放电的特点及其电磁辐 射危害的防护在信息化时代的今天 ,具有十分重要的意义。 物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子中有带负电的电子和带正电荷的质子组成。在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子儿而侵入其他的原子 B， 为阳离子、 为阴离子。 造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道，这个外力包含各种能量 (如动能、位能、热能、化学能 等 )在日常生活中 ，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电。当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电，而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。所以物体与其它物体接触后分离就会带上静电。通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的 “接触分离 ”起电，在日常生活中脱衣服产生的静电也是 “接触分离 ”起电。 固体、液体甚至气体都会因接触分离而带上静电。为什么气体也会产生静电呢？因为气体也是由分子、原子组成，当空气流动 时分子、原子也会发生 “接触分离 ”而起电。所以在我们的周围环境甚至我们的身上都会带有不同程度的静电， 第 3 页 共 45 页 当静电积累到一定程度时就会发生放电。 我们都知道摩擦起电而很少听说接触起电。实质上摩擦起电是一种接触又分离的造成正负电荷不平衡的过程。摩擦是一个不断接触与分离的过程。因此摩擦起电实质上是接触分离起电。在日常生活，各类物体都可能由于移动或摩擦而产生静电。工作桌面、地板、椅子、衣服、纸张、卷宗、包装材料、流动空气。 另一种常见的起电是感应起电。当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体的两端分别感应出负电和正电。除 物体除接触后分离能起电外，当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体的两端分别感应出负电和正电。 静电学是十八世纪以前以库仑定律为基础建立起的以研究静止电荷及场作用规律的学科，是物理学中电磁学的一个重要组成部分。 静电作为一种特殊的能源 , 在给人类作出重要贡献的同时 ,也给我们的工作和生活也带来了许多麻烦和不便。在干燥的北方 ,人们常常因为接触金属门把之类的静电导体 ,引起人体静电放电而遭受电击。在实验室里由于静电作用使某些精密仪表指针偏离正确位置 , 静电使计算机显示屏和电视机屏幕上吸附着大量负电荷和灰尘 ,影 响人们的工作和生活质量。尤其是工业生产的高速发展和高分子材料的迅速推广应用 , 静电给现代化工业生产带来的问题越来越严重。这是因为一些电阻率很高容易积累静电的材料如塑料、橡胶等制品的广泛应用以及现代生产过程的高度自动化 , 使得静电能积累到很高的程度。另外 , 静电敏感材料的生产和使用 , 如轻质油品、电火工品、固态电子器件等 , 使静电的危害越来越突出 ,在有关领域造成了相当严重的后果和损失。静电放电曾多次引起火灾和爆炸事故 :使人遭到电击甚至引发二次事故 ; 能引起炸药和电火工品发生意外爆炸 ;曾使得火箭和导弹发射失败 ; 损坏电子器件使得全球电子工业年损失达上百亿美元。在太空飞行器中它破坏太阳能电池组使其寿命缩短、干扰卫星的正常运行 , 造成火箭和卫星发射失败或者自毁 , 干扰各类航天飞行器与地面的联系 ,造成航天飞行器失控。在石油化工企业中 , 美国从 1960 年到 1975 年由于静电引起的火灾爆炸事故就高达 116 起。 1969 年底在不到一个月的时间 ,由于静电引起荷兰、挪威、英国三艘 20 万吨超级油轮洗舱时相继发生爆炸 , 引起了有关科学家对静电防护的关注。 但是，我们也可以利用静电来为我们服务，并且为我们研究某些自然现象提供依据 。例如 昆虫静电， 经由过程电荷感应事理的测量昆虫带电特征，获得昆虫自然情形下的带电特征，经由过程无线数传模块把数据传到上位机进行 第 4 页 共 45 页 显示、存储和剖析；而且可以经由过程对昆虫带电特征的测量剖析，实现对昆虫的探测定位，为进一步的高效扑杀供给位置和电荷数据。 图 电图 题研究方法 (1)主要由 三 部分组成：一是 前置放大器部分 ，二是 电压跟随器 部分，三是 电压放大器 电路 部分 ； (2)外围电路的设计和调试 ； (3)利用 9做出样品。 第 5 页 共 45 页 第二章 开发工具 和元 器 件介绍 99前身为 际有限公司 )在 1999年发布的基于 台的电子设计自动化 (件。与该公司之前推出的 9一步集成了各种设计工具，并引进了 “ 设计浏览器 ” 平台，将设计工具、文档管理及元器件库等进行无缝集成，是目前众多 计软件中用户最多的产品之一。它是 电子设计技术的完全集成化设计系统理念的起点。 一般而言，设计电路板的过程可分为三大步骤： (1)电路原理图的设计 电路原理图的设计主要是 9原理图设计系统（ 绘制一张电路原理图。在这一过程中我们要充分利用 9种编辑功能，来实现我们的目的，得到一张准确的电路原理图。 (2)产生网络表 网络表是电路原理图设计（ 印制电路板设计（ 间的一座桥梁，它是电路表自动的灵魂，网络表可以从电路原理图中获 得，也可以从印制电路板中提取出来。 (3)印制电路板的设计 印制电路板的设计主要针对 9 的另外的一个重要部分 这个过程中，我们借助 9提供的强大功能实现电路板的版面设计工作。 92个信号层 ， 16 个内电层 ， 16个机械层，在层堆栈管理器用户可定义板层结构，可以看到层堆栈的立体效果。在开始一个新文件时，可以观看例子中的演示效果。层名称可以定义或重命名。可以修改介质参数 ,可以改变层的放置顺序。可以设置不同形式的钻孔层对。如：盲孔、埋孔。 9仿真引擎使用的是伯克利分校的可以让我们精确地仿真由各种器件，比如 第 6 页 共 45 页 9态工作点分析 、 交流小信号分析 、瞬态分析 、傅 立叶分析 、 噪声分析 、 直流分析 、 参数扫描分析 、 温度扫描分析和蒙特卡罗分析。 2.2 英国 该软件 中国 总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它 能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目 前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 仿真软件 )，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、 处理器模型支持 8051、 2/16/18/24/30/8086和 2010年即将增加 持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 译器 。 ： 功能。这些功能是： （ 1）原理布图 （ 2） 线 （ 3） 革命性的特点 （ 1）互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如 盘，马达， A，部分 分 （ 2）仿真处理器及其外围电路 可以仿真 51系列、 常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型 上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等， 在 调入已编译好的目标代码文件： *以在 第 7 页 共 45 页 可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。 它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。 随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设 计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中 使用 件进行单片机系统仿真设计 , 是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中，我们使用 发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。 实践证明，在使用 行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。因此， 较高的推广利用价值 波器介绍 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。利用示波器 可以 观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。 由示波管的原理可知，一个直流电压加到一对偏转板上时，将使光点在荧光屏上产生一个固定 位移 ，该位移的大小与所加直流电压成正比。如果分别将两个直流电压同时加到垂直和水平两对偏转板上，则荧光屏上的光点位置就由两个方向的位移所共同决定。为使荧光屏上的图形稳定，被测信号电压的频率应与锯齿波电压的频率保持整数比的关系，即同步关系。为了实现这一点，就要求锯齿波电压的频率连续可调，以便适应观察各种不同频率的周期信号。其次，由于被测 第 8 页 共 45 页 信号频率和锯齿波振荡信号频率的相对不稳定性，即使把锯齿波电压的频率临时调到与被测信号频率成整倍数关系，也不能使图形一直保持稳定。因此，示波 器中都设有同步装置。也就是在锯齿波电路的某部分加上一个同步信号来促使扫描的同步，对于只能产生连续扫描（即产生周而复始连续不断的锯齿波）一种状态的简易示波器（如国产 言，需要在其扫描电路上输入一个与被观察信号频率相关的同步信号，当所加同步信号的频率接近锯齿波频率的自主振荡频率（或接近其整数倍）时，就可以把锯齿波频率 “拖入同步 ”或 “锁住 ”。对于具有等待扫描（即平时不产生锯齿波，当被测信号来到时才产生一个锯齿波进行一次扫描）功能的示波器（如国产 言，需要在其扫描电路上输入一个与被测信号相关的触发信号，使扫描过程与被测信号密切配合。这样，只要按照需要来选择适当的同步信号或触发信号，便可使任何欲研究的过程与锯齿波 扫描频率 保持同步。 发工具在系统中的作用 开发工具在设计中起重要的作用： 9要用于系统电路图的设计和绘制工作 ，设计好的电路通过绘制的电路图显示； 要用于 电压放大器的 硬件仿真 。 示波器 能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。 量电路的要求 传感器能将各种物理模拟量变换成与之相对应的电压信号。但一般灵敏度较高的传感器的内阻抗都非常高 , 输出的信号电压往往比较微弱 , 只有几十毫伏 , 甚至更低。而一般放大器受环境温度变化和所测 介质温度的影响又较大 , 使其输出与输人信号间常具有不一致性和线性失真。因此 , 必须对放大器提出较高的要求 , 主要有以下几方面 ： 第 9 页 共 45 页 (1)高输人阻抗 当传感器输出电阻较高时 , 要求放大器有较高的输人阻抗 , 使传感器的输出端处于空载状态 , 有利于提高传感器的线性度和精度。 (2)共模抑制能力强 从传感器输出的微弱信号迭加有很高的共模干扰电压 , 放大器必须从高共模电压中取出微弱信号 ,即要求放大器有相当大的共模抑制比 , 以抑制共模输人信号对输出童的影响。 (3)低温度漂移 为提高放大器精度 , 要尽量减少由于温度 的变化对运算放大器失调电压漂移和失调电流漂移影响。 (4)具有足够高的电压增益 为在实际应用中达到以上要求 , 应选用输人阻抗高达 1013欧姆的场效应对管，并在线路结构上进行改进加以实现。 在使用压电晶体传感器的测试系统中，电压放大器是一种必不可少的信号适调器。它能够将传感器输出的微弱电荷信号转化为放大的电压信号，同时又能够将传感器的高阻抗输出转换成低阻抗输出。在测试系统中，测试产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力即为可靠性。测试系统的每一部分都会不同程度的影响整个系统的可靠性，由于部分的失效 引起的系统失效的概率也就不同。 第 10 页 共 45 页 要元器件介绍 控芯片 压增益可控芯片 图 片内部结构 引脚图如下： 图 脚图 可控放大 调试 电路如下图所示： 图 益可控测试电路 第 11 页 共 45 页 通过控制 3 端的 压的变换，从而达到控制输入输出放大信号的增益。其中， 变化范围在 0V 之间。 该 直流耦合，宽带，不断变，电压控制增益放大器。它提供了一个差分输入到单端与输出转换高阻抗增益控制输入 ，增益的变化可控，带宽的线性范围为 为 40 +40 从 5V 电源操作时，控制电压的增益 调整在 0V 输入的增益为 - 40至 +40 - 2V 输入。增加地面控制电压将衰减信 号路径 80。信号带宽和摆率保持在整个增益调节范围内保持恒定。这为 40 V 增益控制在 （ 贝准确 度 ），允许在一个 益控制电压应用程序被用来作为一个接收信号强度指示器（ 具有 精度。 出色的共模抑制和共模输入 ， 在两个高阻抗输入范围允许 提供一个增益调节差分接收器的操作。该输出信号是相对于地面。零差分输入电压给人以一个小的直流偏移误差 0V 输出。低保障良好的输入噪声电压输出信噪比最高增益设置。 在应用脉冲边缘信息是至关重要的，正在使用 的 同渠道，以平衡损失，最小的群延迟变化对增益设置将保留优良的脉冲边缘信息。 一种改进的输出级提供了足够的输出电流 驱动 最苛刻的负载。虽然主要目的是驱动 模拟到数字转换器（ 第二阶段放大器， 60输出电流将轻松驱动双端 50线或被动后置滤波器阶段在 输出电压范围。 输入阻抗放大器 输入阻抗运算放大器 ,是美圜无线电公司研制开发的一种 结合了压电 体管工艺和高电压双授晶体管的优点 (互补对称 金属氧化物半导体 )是一款 卓越性能的运放 . 功能简介：电源电压 218V。开环电压 100入偏置电流 5换速率 9V。输出电压 13V. 第 12 页 共 45 页 图 脚图 引脚功能： 1脚 置（ 调零端 ） 2脚 向输入端 3脚 向输入端 4脚 源 - 5脚 置（ 调零端 ） 6脚 出 7脚 V+ 电源 + 8脚 通端 极限参数： 直流电源电压（ V+和 V 36V 最大存储温度范围 50 差模输入电压 8 最大结温（塑料封装） 150 直流输入电压 (V+ +8V) 最大结温（金属罐封装） 175 输入端电流 1度范围 25 输出短路持续时间（注 2 ） 无限期 第 13 页 共 45 页 图 通放大芯片 片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于有非常低的输入失调电压（对于 大为 25 V），所以 很多应用场合不需要额外的调零措施。 时具有输入偏置电流低（ 2开环增益高（对于 300V/特点，这种低失调、高开环增益的特性使得 特点： 超低偏移： 150 V 最大 。 低输入偏置电流： 低失调电压漂移： 。 超稳定，时间： 2 V/大 高电源电压范围： 3V 至 22V 第 14 页 共 45 页 图 型图片 图 脚图 片 引脚 功能说明： 1 和 8 为偏置平衡 (调零端 )， 2 为反向输入端， 3 为正向输入端， 4 接地， 5空脚 6 为输出， 7 接电源 + 第 15 页 共 45 页 第三章 电压放大器设计硬件部分 压放大器总原理图 图 压放大器总原理图 通过电压跟随器输出电压控制 供前置阻抗变换器。 第 16 页 共 45 页 置放大器电路设计 图 置放大器电路 传感器一般电阻很大，前置放大器的一个主要特征就是输入电阻很高，这样才能从传感器获取绝大部分的信号，相当于信号电压在传感器和放大器之间分压，前置放大器要求：高输入电阻，低噪声，放大倍数不能太高 。根据放大器同向放大原理可以设计：增益 +1 在此我设置了前置放大器的放大倍数为13 倍。 缘栅型场效应管的结构 绝缘栅型场效应管的结构如图所示。它和结型场效应管在结构上的主要不同之处在于，它的栅极是从 极与源极和漏极是绝缘的。正因为如此，绝缘栅型场效应管 的输入电阻极高，可这 1输入电流几乎为零。 绝缘栅型场效应管和结型场效应管一样，有 沟道两种类型，每种类 第 17 页 共 45 页 型又分为增强型和耗尽型两种。图中 (a)为增强型， (b)为耗尽型。这两种类型的结构都是在 区，引出的电极即为源极和漏极。当 时，漏源极已存在导电沟道的，称为耗尽型场效应管 ;必须在 | 0的情况下才能形成导电沟道的，称为增强型场效应管。另外，从衬底基片上还引出一个电极，称为衬底电极 B。在分立元件中，常将 相连。图 缘栅型场效应管结构示意图 综上所述，绝缘栅型场效应管有四种不同的类型，即 N 沟道增强型、 N 沟道耗尽型、 P 沟道增强型和 P 沟道耗尽型。它们的代表符号 下图 所示。 图 缘栅型场效应管的代表符号 缘栅型场效应管的特性曲线 第 18 页 共 45 页 N 沟道耗尽型绝缘栅型场效应管的特性曲线如图所示，它基本上与沟道结型场效应管的特性一致。 图 道耗尽型绝缘栅型场效应管特性曲线 N 沟道增强型绝缘栅型场效应管的特性曲线如图所示。从转移特性曲线上可以看出，当 于开启电压 ， O。只有当 于开启电压 开始形成导电沟道，此时当 一步增加时，斤也开始增大。 正值增大时， 随 增大而增大。当 大到 ，导电沟道被夹断，这时若再增大 保持恒定而不再增加，即处于饱和区。对应不同的 ，沟道的深浅不同，所以夹断后的 各不相同，从而形成一组特性曲线。 图 N 沟道增强型绝缘栅型效应管特性曲线 效应管基本工作原理 第 19 页 共 45 页 场效应管的导电沟道是一个可变电阻。外加电压改变导电沟道的几何尺寸，以改变其漏源间电阻的大小，达到控制电流的目的。 场效应管内沟道的形成有两种情况，一种是器件制成后，管内有固定的导电沟道；另一种是依靠外加电压形成导电沟道。 对于管内有原始沟道的场效应管，当外加栅源电压等于夹断电压时，导电沟道消失， 管子 截止。而对于依靠外加 (栅源 )电压形成沟道的场效应管，当外加栅源电压达到开启电压时，导电沟道出现，管子由截止转入导通。漏源电压对电流的控制作用，在两种不同的情况有明显区别。一种情况是靠近漏极有足够宽的沟道，这时漏极对电流的控制作用大；另一种情况是靠近漏极端的沟道消失，此时加大漏极电压，将使沟道消失的区域向源极 端扩展。沟道电阻急剧增大，漏极电压对电流的控制作用显著减小，这种情况称为进入饱和区。进入饱和区的临界情况是，漏极与栅极之间的电压差等于夹断 (对有原始沟道器件 )或开启 (对依靠外加电压形成沟道器件 )电压。进入饱和区后，漏极电压对电流控制作用之所以减小，是因为漏源间电阻增大的程度较之未进入饱和区为大，和漏源电压增大电流的作用起抵消作用。 场效应管管内只有一种载流子 (要么是带负电的电子，要么是带正电的 空穴 )导电，而以前介绍的 晶体管 有两种载流子导电。人们将有两种载流子导电的晶体管称为双极型晶体管，而场效应管 又称为单极型晶体管。 效应管放大电路 (1)直流偏置电路 由于 电压控制器件，要求建立合适的直流偏置电压 用的方法主要有自偏压和分压式自偏压，前者适用于耗尽型 者适用于各种类型的 用较广。 (2)静态分析 可采用图解法和计算法。 (3)动态分析 低频等效电路与双极型 三极管 相似，都可以用受控 电流源 等效，只是输入电阻 大，通常作为开路处理。 第 20 页 共 45 页 场效应管（ 放大电路有共源极、共漏极和共栅极三种接法，对于每一种接法的电路，求解 放大性能指标的方法与双极型三极管放大电路类似。 源极电路 共源极电路可采用 下 图所示的电路。这种电路的栅偏压是由负电压 偏置电阻 供的。该电路虽然简单 G 不 易取得过大 栅偏压发生变化 源极基本放大电路的主要参数，可由以下各式确定 : 输入电阻 g/ g 输出电阻 l 电压放大倍数为： K=l 图 效应管 共源极 放大电路 第 21 页 共 45 页 漏极电路 (源极输出器 ) 共漏极电路如 下 图所示。该电路中除有源极电阻 供的自偏压外，还有由 成的分压器为栅极提供的固定栅偏压。共漏极电路的输出与输入同 相，可起到阻抗变换器的作用。 图 效应管 共漏极 放大电路 共漏极基本放大电路的主要参数可由以下各式确定 : 输入电阻 1/出电阻 1/。偏置电路为自给偏置，当 经 产生压降于栅极接地，相当于源极电位比栅极高出一个 。这种方法简单 工作点的稳定有好处 C 该电路有良好的放大特性。 图 效应管 共 栅 极 放大电路 共栅极电路的输入电阻和输出电阻由下式确定 : ，计算可调电阻和固定电阻值的大小，确定输入电压的可调范围。然后将反向输入端和 输出端短接，即可实现 大器组成的的电压跟随器，输出电压即为输入电压的值。 电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。输出阻抗低，通常可以到几欧姆，甚至更低。 在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。因为，电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲。起到承上启下的作用。应用电压跟随器的另外一个好处就是， 第 24 页 共 45 页 提高了输入 阻抗，这样，输入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证。 电压跟随器的另外一个作用就是隔离，在 路中，关于负反馈的争议已经很久了，其实，如果真的没有负反馈的作用，相信绝大多数的放大电路是不能很好的工作的。但是由于引入了大环路负反馈电路，扬声器的反电动势就会通过反馈电路，与输入信号叠加。造成音质模糊，清晰度下降，所以，有一部分功放的末级采用了无大环路负反馈的电路，试图通过断开负反馈回路来消除
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