場效應(yīng)管放大電路設(shè)計(jì)

1、*課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 場效應(yīng)管放大電路設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： * 學(xué)生學(xué)號： * 系 別： 電氣信息工程院 專 業(yè)： 通信工程 屆 別： 2014屆 指導(dǎo)教師： * 電氣信息工程學(xué)院制2013年3月場效應(yīng)管放大電路設(shè)計(jì)學(xué)生：*指導(dǎo)教師：*電氣信息工程學(xué)院通信工程專業(yè)1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1.1 場效應(yīng)管電路模型、工作點(diǎn)、參數(shù)調(diào)整、行為特征觀察方法1.2 研究場效應(yīng)放大電路的放大特性及元件參數(shù)的計(jì)算1.3 進(jìn)一步熟悉放大器性能指標(biāo)的測量方法2、課程設(shè)計(jì)的研究基礎(chǔ)：2.1 場效應(yīng)管的特點(diǎn) 場效應(yīng)管與雙極型晶體管比較有如下特點(diǎn)： (1)場效應(yīng)管為電壓控制型元件； (2)輸入阻抗高(尤其是MOS場效應(yīng)管

2、)； (3)噪聲系數(shù)??； (4)溫度穩(wěn)定性好，抗輻射能力強(qiáng)； (5)結(jié)型管的源極(S)和漏極(D)可以互換使用，但切勿將柵(G)源(S)極電壓的極性接反，以免PN結(jié)因正偏過流而燒壞。對于耗盡型MOS管，其柵源偏壓可正可負(fù)，使用較靈活。 場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)管。場效應(yīng)管，F(xiàn)ET是一種電壓控制電流器件。其特點(diǎn)是輸入電阻高，噪聲系數(shù)低，受溫度和輻射影響小。因而特別使用于高靈敏度、低噪聲電路中。場效應(yīng)管的種類很多，按結(jié)構(gòu)可分為兩大類：結(jié)型場效應(yīng)管、JFET和絕緣柵型場效應(yīng)管IGFET。結(jié)型場效應(yīng)管又分為N溝道和P溝道兩種。絕緣柵場效應(yīng)管

3、主要指金屬一氧化物半導(dǎo)體MOS場效應(yīng)管。MOS管又分為“耗盡型”和“增強(qiáng)型”兩種，而每一種又分為N溝道和P溝道。結(jié)型場效應(yīng)管是利用導(dǎo)電溝道之間耗盡區(qū)的寬窄來控制電流的輸入電阻105-1015 之間，絕緣柵型是利感應(yīng)電荷的多少來控制導(dǎo)點(diǎn)溝道的寬窄從而控制電流的大小、其輸入阻抗很高(其柵極與其他電極互相絕緣)以及它在硅片上的集成度高，因此在大規(guī)模集成電路中占有極其重要的地位。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱為單機(jī)型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有輸入電阻高（108109）、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)。 和雙極型晶體管相比場效應(yīng)管的不足之處是共源跨

4、導(dǎo)gm。值較低(只有ms級)，MOS管的絕緣層很薄，極容易被感應(yīng)電荷所擊穿。因此，在用儀器測量其參數(shù)或用烙鐵進(jìn)行焊接時(shí)，都必須使儀器、烙鐵或電路本身具有良好的接地。焊接時(shí)，一般先焊S極，再焊其他極。不用時(shí)應(yīng)將所有電極短接。 結(jié)型場效應(yīng)管有三個(gè)電極，即源極、柵極和漏極，可以用萬用表測量電阻的方法，把柵極找出，而源極和漏極一般可對調(diào)使用，所以不必區(qū)分。測的依據(jù)是，源極和漏極之間為一個(gè)半導(dǎo)體材料電阻，用萬用表測量電阻的R×1kQ量程擋，分別測量源極對漏極、漏極對源極的電阻值，它們應(yīng)該相等。也可以根據(jù)柵極相對于源極和漏極都應(yīng)為PN結(jié)，用測量二極管的辦法，把柵極找出。一般PN結(jié)的正向電阻為5k

5、Q、10kn，反向電阻近似為無窮大。若黑表筆接?xùn)艠O、紅表筆分別接源極和漏極，測得PN結(jié)正向電阻較小時(shí)，則場效應(yīng)管為N溝道型。 場效應(yīng)管的種類和系列品種比較多，但它們的電路測試原理和測量方法基本相同。在測量和存放絕緣柵型場效應(yīng)管時(shí)，由于其輸入電阻非常高，管內(nèi)不存在保護(hù)性元件，一般將它的三只管腳短路，以免靜電感應(yīng)而擊穿其絕緣層，待測試電路與其可靠連接后，再把短路線拆除，然后進(jìn)行測量。測試操作過程應(yīng)十分細(xì)心周密，稍有不慎，造成柵極懸空，很可能損壞晶體管。2.2 偏置電路和靜態(tài)工作點(diǎn)的確定 與雙極型晶體管放大器一樣，為使場效應(yīng)管放大器正常工作，也需選擇恰當(dāng)?shù)闹绷髌秒娐芬越⒑线m的靜態(tài)工作點(diǎn)。 場效應(yīng)

6、管放大器的偏置電路形式主要有自偏壓電路和分壓器式自偏壓電路(增強(qiáng)型 MOS管不能采用自偏壓電路)兩種。3、效應(yīng)管放大系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3.1 場效應(yīng)管共源放大器的調(diào)試 (1)連接電路。按圖在模擬電路實(shí)驗(yàn)板上插接好電路，場效應(yīng)管選用N溝道結(jié)型管3DJ6D，靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方式為自偏壓式。直流穩(wěn)壓電源調(diào)至18V并接好(注意:共地) (2)測量靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻R使 VD為2.43V左右，并測量此時(shí)的 Vg、Vs ，填入表，并計(jì)算。表靜態(tài)工作點(diǎn)VDVGVSID2.43V-35.258nV1.283V1.283mA (3)測量電壓放大倍數(shù)將函數(shù)發(fā)生器的輸出端接到電路的輸入端。使函數(shù)發(fā)生器輸出正弦波并調(diào)=2

7、mV，f=lkHz。用示波器觀察輸出波形，(若有失真，應(yīng)重調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn)，使波形不失真)，并用示波器測量輸出電壓 Vo，計(jì)算Av (4)測量輸入及輸出阻抗 用換算法測量放大器的輸入電阻，在輸入回路串接已知阻值的電阻R，但必須注意，由于場效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高，若仍用直接測量電阻R兩端對地電Vs 和Vi進(jìn)行換算的方法，將會產(chǎn)生兩個(gè)問題： (1)由于場效應(yīng)管放大器 Ri高，測量時(shí)會引人干擾； (2)測量所用的電壓表的內(nèi)阻必須遠(yuǎn)大于放大器的輸入電阻Ri，否則將會產(chǎn)生較大的測量誤差。為了消除上述干擾和誤差，可以利用被測放大器的隔離作用，通過測量放大器輸出電壓來進(jìn)行換算得到 Ri。圖為測量高輸入阻抗的

8、原理圖。方法是：先閉合開關(guān)S(R=0)，輸入信號電壓Vs，測出相應(yīng)的輸出電壓，然后斷開S，測出相應(yīng)的輸出電壓，因?yàn)閮纱螠y量中和是基本不變的，所以輸出電阻測量:在放大器輸入端加入一個(gè)固定信號電壓 Vs ，2分別測量當(dāng)已知負(fù)載RL斷開和接上的輸出電壓V0和V0L。則 4、場效應(yīng)管放大系統(tǒng)仿真與調(diào)試：4.1 負(fù)載RL=2k時(shí)的電路分析。4.2 示波器顯示：用雙蹤示波器得到的波形圖，由圖可以看出信號被放大。且未出現(xiàn)失真。負(fù)載RL=5k時(shí)的電路分析4.3 數(shù)據(jù)分析RLvivo1vo2AVRiRo15k10mV481.15mV389.328mV38.9328mV12.7k2.1k10k10mV454.42

9、7mV366.753mV36.6753mV12.5k2.1k5k10mV389.521mV312.385mV31.2385mV12.1k2.1k2k10mV272.684mV216.168mV21.6168mV11.5k2.1k10mV443.918mV443.918mV44.3918mV5、總結(jié)： 5.1 關(guān)于器件的選型：由于場效應(yīng)晶體管具有功耗小，發(fā)熱量小的特點(diǎn)，在選型的時(shí)候比三極管要方便。在仿真的時(shí)候選擇BSP149，普通型號的場效應(yīng)晶體管。能夠滿足交流小信號的放大，直流偏置選擇用5V的直流電壓源供電能夠讓靜態(tài)工作點(diǎn)在放大信號時(shí)基本不出現(xiàn)截止或者飽和失真。符合實(shí)驗(yàn)的要求。 5.2 在實(shí)驗(yàn)中我們可以感受場效應(yīng)晶體管在放大電路中的工作特點(diǎn)。在放大電路中，F(xiàn)ET仍然有著很多優(yōu)勢，但在今后的學(xué)習(xí)過程中要特別注意FET的工作特點(diǎn)。尤其是在恒流源的設(shè)計(jì)中，三極管具有負(fù)載范圍較大。但是電流不易控制，因此我們要特別注意其工作特點(diǎn)，以避免在以后的設(shè)計(jì)中出現(xiàn)錯(cuò)誤。6、參考文獻(xiàn)1 王港元 方安安 張文泉等.電子技能基礎(chǔ).四川大學(xué)出版社200148239 2 鄭絲衛(wèi).印刷電路板排版設(shè)計(jì).北京科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社1983 3 張義和.PROTEL