廈門大學(xué)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)五場(chǎng)效應(yīng)管放大器

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí) 驗(yàn) 名 稱：實(shí)驗(yàn)五 場(chǎng)效應(yīng)管放大器系別： 班號(hào)： 實(shí)驗(yàn)組別： 實(shí) 驗(yàn) 者 姓 名： 學(xué) 號(hào)：實(shí) 驗(yàn) 日 期：實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成日期：指導(dǎo)教師意見：目錄二、實(shí)驗(yàn)原理3三、實(shí)驗(yàn)儀器8四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù)84、電路搭接：85、靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試測(cè)量：96、場(chǎng)效應(yīng)管放大參數(shù)測(cè)試:12五、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)15一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)場(chǎng)效應(yīng)管放大電路設(shè)計(jì)和調(diào)試方法；2. 掌握?qǐng)鲂?yīng)管基本放大電路的設(shè)計(jì)及調(diào)整、測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 場(chǎng)效應(yīng)管的主要特點(diǎn)：場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制器件，由于它的輸入阻抗極高（一般可達(dá)上百兆、甚至幾千兆），動(dòng)態(tài)范圍大，熱穩(wěn)定性好，抗輻射能力強(qiáng)，制造工藝簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模集成。因此，場(chǎng)效

2、應(yīng)管的使用越來越廣泛。場(chǎng)效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)可分為MOS型和結(jié)型，按溝道分為N溝道和P溝道器件，按零柵壓源、漏通斷狀態(tài)分為增強(qiáng)型和耗盡型器件，可根據(jù)需要選用。那么，場(chǎng)效應(yīng)管由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)源漏極可以互換，為了防止柵極感應(yīng)電壓擊穿要求一切測(cè)試儀器，都要有良好接地。2. 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性：(1) 轉(zhuǎn)移特性（控制特性）：反映了管子工作在飽和區(qū)時(shí)柵極電壓VGS對(duì)漏極電流ID的控制作用。當(dāng)滿足|VDS|>|VGS|VP|時(shí)，ID對(duì)于VGS的關(guān)系曲線即為轉(zhuǎn)移特性曲線。如圖1所示。由圖可知。當(dāng)VGS=0時(shí)的漏極電流即為漏極飽和電流IDSS，也稱為零柵漏電流。使ID=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵極電壓，稱為夾斷電壓VGS=

3、VGS(TH)。 轉(zhuǎn)移特性可用如下近似公式表示：這樣，只要IDSS和VGS(TH)確定，就可以把轉(zhuǎn)移特性上的其他點(diǎn)估算出來。轉(zhuǎn)移特性的斜率為：它反映了VGS對(duì)ID的控制能力，是表征場(chǎng)效應(yīng)管放大作用的重要參數(shù)，稱為跨異。一般為0.15mS（mA/V）。它可以由式1求得： 輸出特性（漏極特性）反映了漏源電壓VDS對(duì)漏極電流ID的控制作用。圖2為N溝道場(chǎng)效應(yīng)管的典型漏極特性曲線。由圖可見，曲線分為三個(gè)區(qū)域，即區(qū)（可變電阻區(qū)），區(qū)（飽和區(qū)），區(qū)（截止區(qū)）。飽和區(qū)的特點(diǎn)是VDS增加時(shí)ID不變（恒流），而VGS變化時(shí)，ID隨之變化（受控），管子相當(dāng)于一個(gè)受控恒流源。在實(shí)際曲線中，對(duì)于確定的VGS的增加，I

4、D有很小的增加。ID對(duì)VDS的依賴程度，可以用動(dòng)態(tài)電阻rDS表示為：在一般情況下，rDS在幾千歐到幾百歐之間。 圖示儀測(cè)試場(chǎng)效應(yīng)管特性曲線的方法：連接方法：將場(chǎng)效應(yīng)管G、D、S分別插入圖示儀測(cè)試臺(tái)的B、C、E。輸出特性測(cè)試：集電極電源為+10v,功耗限制電阻為1k；X軸置集電極電壓1V/度，Y軸置集電極電流0.5mA度；與雙極型晶體管測(cè)試不同為階梯信號(hào)，由于場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制器件，故階梯信號(hào)應(yīng)選擇階梯電壓，即：階梯信號(hào)：重復(fù)、極性：一、階梯選擇0.2V度，則可測(cè)出場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性，并從特性曲線求出其參數(shù)。轉(zhuǎn)移特性測(cè)試：在上述測(cè)試的基礎(chǔ)上，將X軸置基極電壓0.2V度，則可測(cè)出場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性

5、，并從特性曲線求出其參數(shù)。 場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)測(cè)試電路設(shè)計(jì)：根據(jù)轉(zhuǎn)移特性可知，當(dāng)VGS=0時(shí)，ID=IDSS，故其測(cè)試電路如圖3所示。根據(jù)轉(zhuǎn)移特性可知，當(dāng)ID=0時(shí)，VGS=VGS(TH)，故其測(cè)試電路如圖4所示。3. 自給偏置場(chǎng)效應(yīng)管放大器：自給偏置N溝道場(chǎng)效應(yīng)管共源基本放大器如圖5所示，該電路與普通雙極型晶體管放大器的偏置不同，它利用漏極電流ID在源極電阻RS上的壓降IDRs產(chǎn)生柵極偏壓，即：VGSQ=-IDRS由于N溝道場(chǎng)效應(yīng)管工作在負(fù)壓，故此稱為自給偏置，同時(shí)Rs具有穩(wěn)定工作點(diǎn)的作用。該電路主要參數(shù)為：電壓放大倍數(shù)：AV=V0/Vi=-gmRL式中：=RDRLrDS輸入電阻：RiRG輸出

6、電阻：RO=RDrDS4. 恒流源負(fù)載的場(chǎng)效應(yīng)管放大器：由于場(chǎng)效應(yīng)管的gm較小，提高其放大倍數(shù)的一種方法代替，如圖6所示。它利用場(chǎng)效應(yīng)管工作在飽和區(qū)時(shí)，靜態(tài)電阻小、動(dòng)態(tài)電阻較大的特性，在不提高電源電壓的情況下，可獲得較大的放大倍數(shù)。6. 場(chǎng)效應(yīng)管放大器參數(shù)測(cè)試方法：靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)試：同單極放大器調(diào)試方法；電壓放大倍數(shù)測(cè)量：同單極放大器調(diào)試方法；放大器頻率特性測(cè)量：同單極放大器調(diào)試方法；輸入阻抗測(cè)量：放大器輸入阻抗為從輸入端向放大器看進(jìn)去的等效阻抗，即：Ri=Vi/Ii該電阻為動(dòng)態(tài)電阻，不能用萬用表測(cè)量。輸入阻抗Ri測(cè)量裝置圖如圖7所示。測(cè)量圖中，R為測(cè)量Ri所串聯(lián)在輸入回路的已知電阻（該電阻可根

7、據(jù)理論計(jì)算Ri選擇，為減小測(cè)量誤差，一般選擇與Ri同數(shù)量級(jí)），其目的是避免測(cè)量輸入電路中電流，而改由測(cè)量電壓進(jìn)行換算，即：上述測(cè)量方法僅適用于放大器輸入阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于測(cè)量?jī)x器輸入阻抗條件下。然而，場(chǎng)效應(yīng)管放大器輸入阻抗非常大，上述設(shè)計(jì)放大器要求：Ri>500k，而毫伏表Ri約1M，故測(cè)量將產(chǎn)生較大的誤差，同時(shí)將引入干擾。故不能用毫伏表測(cè)量Vi。同時(shí)，由于放大器輸出阻抗較小，毫伏表可直接測(cè)量。因而采用測(cè)量輸出電壓換算求Ri。當(dāng)電路不串入R時(shí)，Vi1=Vs，輸出測(cè)量值為：Vo1=Av*Vi1=Av*Vs；當(dāng)電路傳入R時(shí)，輸出測(cè)量值為：由于同一放大電路，其放大倍數(shù)相同，令上述兩式相除進(jìn)行整理可得

8、：輸出阻抗測(cè)量裝置如圖5所示，在輸入回路不串接R情況下：若輸出回路不并接負(fù)載RL，則輸出測(cè)量值為：Vo；若輸出回路并接負(fù)載RL，則輸出測(cè)量值為：VOL；則可按下式求Ro。在上述輸入阻抗、輸入阻抗測(cè)量時(shí)，應(yīng)保證輸出波形不失真。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、示波器1臺(tái)2、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)3、直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)4、數(shù)字萬用表1臺(tái)5、多功能電路試驗(yàn)箱1臺(tái)6、交流毫伏表1臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù) 4、電路搭接：根據(jù)重新設(shè)計(jì)電路，在實(shí)驗(yàn)箱上搭接實(shí)驗(yàn)電路，檢查電路連接無誤后，方可將+12V直流電源接入電路。其中RS采用實(shí)驗(yàn)箱上的1K電位器。仿真電路：5、靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試測(cè)量：根據(jù)設(shè)計(jì)理論值，通過調(diào)整電位器Rs，使靜態(tài)工作點(diǎn)基

9、本符合設(shè)計(jì)參數(shù)并填入表3。表3 靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)計(jì)、測(cè)量測(cè) 量計(jì) 算靜態(tài)工作點(diǎn)VDQ(V)VGQ(V)VSQ(V)IDQ(mA)VDS(V)VGS(V)實(shí)際測(cè)量值6.001 0.0028 0.4523 0.8825 5.5487 -0.4495理論設(shè)計(jì)值（仿真值）61.244(mV)768.688(mV)0.88245.2313-0.76744相對(duì)誤差：誤差分析：實(shí)際測(cè)得的IDQ和與VDS仿真值相差不大，而VGS與仿真值相差較大。誤差產(chǎn)生的原因：1、 實(shí)驗(yàn)中所用電阻存在誤差。2、 數(shù)字萬用表的誤差。3、 直流電源的誤差。仿真電路：調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使VDQ=6V測(cè)VGQ ：測(cè)VSQ ：6、場(chǎng)效應(yīng)管放大

10、參數(shù)測(cè)試:參照單級(jí)放大器參數(shù)測(cè)試方法，選擇合適的輸入信號(hào)，自擬實(shí)驗(yàn)步驟測(cè)量放大倍數(shù)。參照輸入阻抗測(cè)試方法，選擇合適的串接電阻R，自擬實(shí)驗(yàn)步驟測(cè)量輸入阻抗。參照輸出阻抗測(cè)試方法，選擇合適的負(fù)載RL，自擬實(shí)驗(yàn)步驟測(cè)量輸出阻抗。設(shè)計(jì)輸入信號(hào)VP-P=100mV，頻率f=1kHz有效值：=35.355mV不串入R，測(cè)Ro時(shí)帶負(fù)載測(cè)量ViVoVOLRLAvAVLRo測(cè)量值35.355mV365.7mV224.3mV10k10.346.3446304仿真值35.355mV431.852mV260.302mV10k12.2157.36256590空載，示波器不觀察輸入波形測(cè)量Vo1（不串入R）Vo2（串入R）RRi測(cè)量值224.3mV116.47mV620K669.7k仿真值260.304mV129.994mV620k618.5k相對(duì)誤差：誤差分析：實(shí)驗(yàn)測(cè)得的輸出電阻略小于仿真值，輸入電阻略大于仿真值誤差產(chǎn)生的原因：1、 電阻、電容等元件本身存在誤差。2、 信號(hào)發(fā)生器、示波器機(jī)器本身存在的系統(tǒng)誤差。3、 受桌面振動(dòng)的影響等。仿真電路：1、R=0 K時(shí)測(cè)VO：測(cè)VOL :2、R=620