场效应管放大器--模拟电路及晶闸管应用

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．实验原理
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5—1所示为N沟道结型场效应管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;

图5—1
交流参数主要有低频跨导

表5—1列出了3DJ6F的典型参数值及测试条件。
表5—1

参数名称	饱和漏极电流 IDSS(mA)	夹断电压 UP(V)	跨    导 gm(mA/V)
测 试 条 件	UDS=10V UGS=0V	UDS=10V IDS=50mA	UDS=10V IDS=3mA f=1KHZ
参 数 值	1～3.5	<|-9|	>100

2．场效应管放大器性能分析
图5—2为结型场效应管组成的共源级放大电路。其静态工作点


中频电压放大倍数    A_u=－g_mR_L’=－g_mR_D‖R_L
输入电阻            r_i=R_G+R_g1‖（R_g2+ R_g3）
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，或用公式计算。但要注意，计算时U_GS要用静态工作点处之数值。

图5—2
3．输入电阻的测量方法
场效应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5—3所示。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_o1=A_U·U_s；保持U_s不变，再把K掷向2(即接入R)，测出放大器的输出电压U_o2。由于两次测量中A_u和U_s保持不变，故

 由此可以求出

式中R和r_i不要相差太大，本实验可取R=100～200KW。

图5—3
三．实验设备与器件
1．实验模块
2．信号源；
3．示波器（自备）；
4．交流毫伏表；
5．直流数字电压表。
四．实验内容
1．静态工作点的测量和调整
1) 根据查阅，或用图示仪测量实验中所用场效应管的特性曲线和参数，记录下来备用。
2) 接图5—2连接电路，接通+12V，用数字直流电压表测量U_G、U_s、和U_D，检查静态工作点是否在特性曲线放大区的中间部分。如合适则把结果记入表5—2中。
3) 若不合适，则适当调整R_g3和R_s，调好后，再测出U_G、U_S和U_D记入表5—2中。
表5—2

测     量     值						计    算    值
UG(V)	US(V)	UD(V)	UDS(V)	UGS(V)	ID(mA)	UDS(V)	UGS(V)	ID(mA)

2．电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的测量
(1) A_u和r_o的测量
在放大器的输入端加入f=1KH_Z的正弦信号U_i(50～100mV)，并用示波器监视输出电压u_o的波形。在输出电压U_o没有失真的条件下，用交流毫伏表分别测量R_L=¥和R_L=10KW的输出电压U_o(注意：保持U_i不变)，记入表5—3中。
表5—3

测    量    值					计  算  值		ui和uo波形
	Ui(V)	Uo(V)	Au	ro(KW)	Au	ro(KW)
RL=¥
RL=10K

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) 输入电阻的测量
按图5—3改接实验电路，选择合适大小的输入电压U_s(50-100mV)，将开关K掷向“1”，测出R=0时的输出电压U_o1，然后将开关掷向“2”，(接入R)，保持U_s不变，再测出U_o2，根据公式
求出r_i，把结果记入表5—4中。
表5—4

测   量   值			计  算  值
Uo1(V)	Uo2(V)	ri(KW)	ri(KW)

五．实验报告
1．整理实验数据，将测得的A_u、r_i、r_o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．预习要求
1．复习有关场效应管部分内容，并分别用图解法与计算法估算管子的静态工作点(根据实验电路参数)，求出工作点处的跨号g_m。
2．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=0.1mF)?
3．在测量场效应管静态工作电压U_GS时，能否用数字电压表直接并在G、S两端测? 为什么?
4．为什么测场效应管输入电阻时要用测输出电压的方法?