实验名称：场效应管放大器电子实验5报告

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|VDS|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VGS0时的漏极电流即为漏极饱和电流IDSS，也称为零栅漏电流。使ID0时所对应的栅极电压，称为夹断电压VGSVGSTH。转移特性可用如下近似公式表示IDIDSS1VGS/VGSTH2当0VGSVP这样，只要IDSS和VGSTH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GMID/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015MS（MA/V）。它可以由式1求得GM2IDSS/VGSTH1VGS/VGSTH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，即区（可变电阻区），区（饱和区），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。ID对VDS的依赖程度，可以用动态电阻RDS表示为RDSVDS/ID|VGS常数在一般情况下，RDS在几千欧到几百欧之间。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1K；X轴置集电极电压1V/度，Y轴置集电极电流05MA度；与双极型晶体管测试不同为阶梯信号，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02V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02V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VGS0时，IDIDSS，故其测试电路如图3所示。根据转移特性可知，当ID0时，VGSVGSTH,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VGSQIDRS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AVVIGMRL式中RLRDRLRDS输入电阻RIRG输出电阻RORDRDS4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；负载为RL为10K；AV5、RI500K、RO10K、L50HZ；若要求电压放大倍数提高为50，电路如何改变电路模型选择自给偏置场效应管放大器；场效应管特性参数测试按上述方法测试（工作点为VDSG5V、IDG1MA）；确定RD、RS和RG；RDEDVDSQ|VGSQ|/IDQ65K按E24标称系列取RD68KRS|VGSQ|/IDQ05K按E24标称系列取RS510按E24标称系列取RG620K，确保RI500K确定C1、C2、CS一般取C1001F，C21F,CS47F设计参数验算AVGMRL18681073RIRG620KRORL10K根据上述设计，符合设计要求。6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RIVI/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所示。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RI500K，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，VI1VS，输出测量值为VO1AVVI1AVVS；当电路传入R时，VI2RIVS/（RIR），输出测量值为VO2AVVI2AVRIVS/RIR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RIVO2R/（VO1VO2）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RO。ROVOVOL/IOVOVOL/VOL/RVO/VOL1/RL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1K电位器。2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VDQVVGQVVSQVIDQMAVDSVVGSV实际测量值5820V0002V09481V0909V4872V09261V理论设计值（仿真值）6V1244MV07648V0882V5235V07647V3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R，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R0R620KVIVSVOVOLV01V02实验值1768MV1961V1260V1260V5958MV仿真值1768MV2079V1455V1455VVIRIVS（RIR）7396MV计算输入电阻RIVO2R/VO1VO2556K输出电阻ROVO/VOL1RL378K放大倍数AUVOL/VI7133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510电阻，RW采用实验箱上1K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