实验4场效应管放大器

实验四场效应管放大器一、实验目的1、了解结型场效应管的性能和特点2、进一步熟悉放大器动态参数的测试方法二、实验仪器1、双踪示波器2、万用表3、信号发生器三、实验原理实验电路如下图所示：图4-1场效应管是一种电压控制型器件。按结构可分为结型和绝缘栅型两种类型。由于场效应管栅源之间处于绝缘或反向偏置，所以输入电阻很高（一般可达上百兆欧）又由于场效应管是一种多数载流子控制器件，因此热稳定性好，抗辐射能力强，噪声系数小。加之制造工艺较简单，便于大规模集成，因此得到越来越广泛的应用。1、结型场效应管的特性和参数场效应管的特性主要有输出特性和转移特性。图6－2所示为N沟道结图4－23DJ6F的输出特性和转移特性曲线型场效应管3DJ6F的输出特性和转移特性曲线。其直流参数主要有饱和漏极电流IDSS，夹断电压UP等；交流参数主要有低频跨导常数U△U△IgDSGSDm表6－1列出了3DJ6F的典型参数值及测试条件。表4－1参数名称饱和漏极电流IDSS（mA）夹断电压UP（V）跨导gm（µA/V）测试条件UDS＝10VUGS＝0VUDS＝10VIDS＝50µAUDS＝10VIDS＝3mAf＝1KHz参数值1～3.5＜｜－9｜＞1002、场效应管放大器性能分析图4－1为结型场效应管组成的共源级放大电路。其静态工作点2PGSDSSD)UU(1II中频电压放大倍数AV＝－gmRL＇＝－gmRD//RL输入电阻Ri＝RG＋Rg1//Rg2输出电阻RO≈RD式中跨导gm可由特性曲线用作图法求得，或用公式)UU(1U2IgPGSPDSSm计算。但要注意，计算时UGS要用静态工作点处之数值。3、输入电阻的测量方法场效应管放大器的静态工作点、电压放大倍数和输出电阻的测量方法，与实验二中晶体管放大器的测量方法相同。其输入电阻的测量，从原理上讲，也可采用实验二中所述方法，但由于场效应管的Ri比较大，如直接测输入电压US和Ui，则限于测量仪器的输入电阻有限，必然会带来较大的误差。因此为了减小误差，常利用被测放大器的隔离作用，通过测量输出电压UO来计算输入电阻。测量电路如图3－3所示。图4－3输入电阻测量电路在放大器的输入端串入电阻R，把开关K掷向位置1（即使R＝0），测量放大器的输出电压U01＝AVUS；保持US不变，再把K掷向2（即接入R），测量放大器的输出电压U02。由于两次测量中AV和US保持不变，故SDDDg2g1g1SGGSRIURRRUUUVSiiiV02AURRRUAU由此可以求出RUUUR02O102i式中R和Ri不要相差太大，本实验可取R＝100～200KΩ。四、实验内容1、静态工作点的测量和调整1)关闭系统电源，按图4－1连接电路。2)调节信号源使其输出频率为1KHz、峰峰值为200mv的正弦信号Ui，并用示波器同时检测Uo和Ui的波形，如波形正常放大未失真，则断开信号源，测量Ug、Us和Ud，把结果记入表4－2。3)若不合适，则适当调整Rg2和RS，调好后，再测量UG、US和UD记入表4－2。表4－2测量值UG（V）US（V）UD（V）UDS（V）UGS（V）ID（mA）0.887760.70662.51021.87070.04180.00152、电压放大倍数AV的测量1)关闭系统电源，按图4－1连接电路。2）AV的测量在放大器的输入端加入频率为1KHz、峰峰值为500mv的正弦信号Ui，并用示波器同时观察输入电压Ui输出电压U0的波形。在输出电压U0没有失真的条件下，用交流毫伏表分别测量RL＝∞和RL＝4.7KΩ时的输出电压UO（注意：保持Ui幅值不变），记入表4－3。表4－3测量值Ui（V）UO（V）AVRoRL＝∞0.070.486.854.7KRL=4.7K0.070.243.43用示波器同时观察ui和uO的波形，描绘出来并分析它们的相位关系。2)Ri的测量（测量方法同实验二）按图4-1连接实验电路，选择合适大小的输入电压US（约50－100mV），使输出电压不失真，测出输出电压Uo1，然后关闭系统电源，在输入端串入5.1K电阻（本电阻数量级应为场效应管输入阻抗在同一数量级，以避免量化误差，此处5.1K较小，但无法更改），测出输出电压Uo2，根据公式RUUUR020102i求出Ri，记入表4－4。表4－4测量值计算值U01（V）U02（V）Ri（KΩ）0.12340.12470.489M五、实验总结1、整理实验数据，将测得的AV、Ri、Ro和理论计算值进行比较。2、把场效应管放大器与晶体管放大器进行比较，总结场效应管放大器的特点。3、分析测试中的问题，总结实验收获。六、思考题1、场效应管放大器输入回路的电容C1为什么可以取得小一些（可以取C1=0.1μF）？答：因为场效应管是高阻抗输入管，所以输入信号要求小的幅度，否则将产生大幅度失真的。为了达到最佳匹配，所以输入耦合电容要选得小一些。2、在测量场效应管静态工作电压UGS时，能否用直流电压表直接并在G、S两端测量？为什么？答：可以，如果正极接G，负极接S然后迅速测量DS会短路，则表明场效应是OK的（针对NChannel增强型，PChannel反之）然后将GS短路，在测量DS又不短路，前提必须是场效应管不是焊接在板上3、为什么测量场效应管输入电阻时要用测量输出电压的方法？答：要测这个放大电路的输入电阻，本来只要测出输入电压Ui和输入电流Ii，那么输入电阻Ri=Ui/Ii,但是我们实验室里没有测量微小交流电流的《交流微安表》，只有测量微小电压的交流毫伏表，为了将这个电流量转换成电压，于是在输入电路中串联了一个电阻R，这个R的大小应当和输入电阻的大小相当。这样，输入电流Ii=(Us-Ui)/R,在这里，Us是信号源输出电压，Ui是放大电路输入端得到的电压，只要测出这两个电压，就可求出输入电阻了。在一般的共射放大电路中，由于输入电阻只有几千欧，所串联的电阻R也就是几千欧，用此法就可以测量输入电阻了。但是，场效应管放大电路的输入电阻很大，可达10M欧或更大，当所串R达到这样大的值时，由于所用毫伏表的内阻也是很大，在毫伏表的输入测量线上就会产生出几毫伏的感应电压，就会发生测量出Ui比Us大的情况。如何解决这一问题？有人提出一个方案：将实验室用金属网屏蔽起来，同时，进入实验室的各种电线也要加滤波装置，显然不容易实现。比较容易解决的方法是：不在R与放大电路的连接点测电压。具体步骤如下：第一步，不串电阻，在放大电路输入端接入信号源电压U1，在放大电路输出端接示波器观察输出电压Uo；第二步，在输入电路中串大电阻R，这时在示波器上看到的波形将明显变小，调整（增大）信号源输出，使示波器上的输出波形达到原来的Uo大小，（这时输入端的电压还是U1），再测量这时的信号源输出电压U2,(由于信号源内阻很小，不会产生感应电压)，U2与U1的差就是R上的压降。输入电流Ii=(U2-U1)/R,电路的输入电阻Ri=U1/Ii=U1*R/(U2-U1)。