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场效应管放大器实验报告

实验六场效应管放大器

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6-1

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

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图6-2 3DJ6F 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I DSS ,夹断电压U P 等;交流参数主要有低频跨导 常数U △U △I g DS GS

D

m ==

表6-1列出了3DJ6F 的典型参数值及测试条件。

表6-1

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2、场效应管放大器性能分析

图6-1为结型场效应管组成的共源级放大电路。其静态工作点

2

P

GS DSS D )U U (1I I -

= 中频电压放大倍数 A V =-g m R L '=-g m R D // R L 输入电阻 R i =R G +R g1 // R g2 输出电阻 R O ≈R D

式中跨导g m 可由特性曲线用作图法求得,或用公式 )U U

(1U 2I g P

GS P DSS m --

= 计算。但要注意,计算时U GS 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R i 比较大,如直接测输入电压U S 和U i ,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U O 来计算输入电阻。测量电路如图3-3所示。

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图3-3 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U 01=A V U S ;保持U S 不变,再把K 掷向2(即接入R ),测量放大器的输出电压U 02。由于两次测量中A V 和U S 保持不变,故

S

D DD g2

g1g1

S G GS R I U R R R U U U -+=

-=

V S i

i

i V 02A U R R R U A U +=

= 由此可以求出 R U U U R 02

O102

i -=

式中R 和R i 不要相差太大,本实验可取R =100~200K Ω。 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6-1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6-2。

3) 若不合适,则适当调整R g2和R S ,调好后,再测量U G 、U S 和U D 记入表

6-2。

表6-2

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2、电压放大倍数A V 的测量

1) 关闭系统电源,按图6-1连接电路。 2)A V 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U i ,并用示波器同时观察输入电压Ui 输出电压U 0的波形。在输出电压U 0没有失真的条件下,用交流毫伏表分别测量R L =∞和R L =4.7K Ω时的输出电压U O (注意:保持 U i 幅值不变),记入表6-3。

表6-3

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用示波器同时观察u i 和u O 的波形,描绘出来并分析它们的相位关系。 2) R i 的测量(测量方法同实验五)

按图6-1连接实验电路,选择合适大小的输入电压U S (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

R U U U R 02

0102

i -=

求出 R i ,记入表6-4。

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五、实验总结

通过这次实验,我们了解结型场效应管的性能和特点,同时进一步熟悉放大器动态参数的测试方法,收获颇大

六、思考题

1、场效应管放大器输入回路的电容C

1为什么可以取得小一些(可以取C

1

=0.1

μF)?

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U

GS

时,能否用直流电压表直接并在G、S 两端测量?为什么?

答:在测量场效应管静态工作电压UGS时,不能使用万用表直接并在G,S两端测量。因为场效应管子的各个极性阻抗非常高、受到感应的影响会很大,万用表的表笔针和人体手指的感应会影响工作点的较大变化

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,但是输入电流过于微小导致计算偏差很大。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。