实验四场效应管放大电路
场效应管放大电路实验
厦电门子大技学术物实理验与MO机O电C课工程程团学队院
图11-3-1 N沟道结型场效应管转移特性图 11-3-2 N沟道结型场效应管输出特性
实验中，选择合适静态工作点及保证输出电压在不失真的情
况下，用数字万用表测量输入电压有效值Ui和输出电压有效值
Uo，取它们的比值表示电压放大倍数。
U
Au
o
U
i
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（3）放大电路频率特性。
参照三极管共射放大电路调试方法。
（4）输入电阻测量。
放大电路输入电阻为从输入端向放大电路看进去的等效电阻
当电路接入R 时，
Ui2
Ri Ri
R
US
，
Uo2
Au
U i2
Au
Ri Ri
R
US
测得输出值为：
对于同一放大电路，其放大倍数相同，令上述两式相除进行整理可得：
Ri
Uo2
U o1 U o 2
R
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（5）输出电阻的测量，如图11-3-5所示，RL为负载电阻。 若输出回路不接RL时，其空载输出电压为UoC； 若输出回路接入RL时，其带载输出电压为UoL；
一、实验目的
1、掌握场效应管基本参数的测试方法。 2、掌握场效应管基本放大电路的调试方法。 3、掌握场效应管基本放大电路的指标参数测量方法。 4、学会用仿真软件对实验电路进行仿真。
实验五二、场效应管放大电路
实验五二、场效应管放大电路一、实验目的1、学会Multisim7 虚拟仪器波特图示仪、失真度测量仪的使用；2、掌握交流分析方法和参数扫描分析方法；3、理解负反馈对放大电路性能的影响。
二、实验原理及参考图图4-5.2三、实验内容与步骤1、测量场效应管放大电路的通频带及输出波形的失真度（1）、用波特图示仪测量1>、按图4-5.2 选择元件、设置参数并连好电路，输入f=1kHz，峰值为20mV 的正弦波电压；2>、用波特图示仪观察幅频特性，测量下限频率、上限频率，记录数据并计算频带宽度。
下限频率2.233HZ；上限频率14.616MHZ；频带宽度=14.616MHZ-2.233HZ==14.616MHZ（2）、用交流分析法（AC Analysis）测量1>、设置输出变量（Output variables）：选择信号输出端对应节点为输出变量；2>、设置频率参数（Frequency Parameters）:Vertical Scale 设为Decibel, 其余按默认值；3>、仿真与测试：点击Simulate 运行仿真，观察幅频特性，测量下限频率、上限频率，记录数据并计算频带宽度。
下限频率2.2635HZ；上限频率14.5116MHZ频带宽度=14.5116MHZ-2.2635HZ==14.5116MHZ（3）、测量放大电路的失真度将失真度测量仪与放大电路的输出端相连，点击仿真开关，记录有负反馈和无负反馈的读数。
有负反馈无负反馈2、用参数扫描分析观察负反馈对放大电路性能的影响（1）、负反馈对放大倍数和通频带的影响对负反馈电阻R5 进行参数扫描，观察R5=1k,2k,3k,5k,10k 时幅频特性变化，从而得到负反馈对放大电路放大倍数和通频带有何影响的结论。
1>、调用参数扫描分析（Parameter Sweep Analysis）；2>、设置输出变量（Output variables）：选择信号输出端对应节点为输出变量；3>、设置分析参数（Analysis Parameters）:Sweep Parameter：选Device Parameter；Device：选Resister；Name：选xr5；Sweep Variation Type：选List；Values：填入1000,2000,3000,5000,10000。
场效应管放大电路
场效应管放大电路
一、偏置电路
有自生偏置和混合偏置两种方法，表1电路I利用漏极电ID通过Rs所产生的IdRs作为生偏置电压，即Ugs=-IdRso可以稳定工作点。
|IdRs|越大，稳定性能越好，但过负的偏置电压，会使管子进入夹断而不能工作。
若采用如表2和表3混合偏置电路就可以克服上述缺陷。
它们是由自生偏压和外加偏置组成的混合偏置，由于外加偏压EdRp（Rp为分压系数）提高了栅极电位，以便于选用更大的IdRs来稳定工作点，电路2、3中Rg的作用是提高电路输入电阻
二、图解法
用图解法求电路的静态工作点如下：
表一常用场效应管放大电路
（1）写出直流负载线的方程为：Uds=Ed-Id(Rd+Rs)=15-3.2Id
令ID=0，则UDS=15伏，在横坐标上标出N点，又令UDS=0，得ID=4.7毫安，在纵坐标上标出M点，将M、连接成直线，则MN就是直流负载线。
（2）画栅漏特性（转移特性）：根据负载线与各条漏极特性曲线的交点坐标，画出如下图B左边所示的ID=f(UGS)曲线称为栅漏特性。
（3）通过栅漏特性坐标原点作Tga=1/Rs的栅极回路负载线，它与栅漏特性相交于Q，再过Q点作横轴平行线，与栅漏负载线相交于Q’。
由静态工作点Q和Q’读出：IDQ=2.5毫安，UGSQ=-3伏，UDSG=7伏，表1中的图解法与此相同。
三、等效电路分析法
场效应管的微变等电路示于下图，由场效应管放大电路写成等效电路的具体例子可参阅表一。
根据等到效电路求电压放大倍数及输入，输出电阻的方法与晶体管电路相同。
场效应管放大电路
2) uDS 对 iD的影响(uGS > UGS(th)) iD DS 间的电位差使沟道呈 楔形， uDS ，靠近漏极 D 端的沟道厚度变薄。
预夹断(UGD = UGS(th))：漏极附近反型层消失。 预夹断发生之前： uDS iD。 预夹断发生之后：uDS iD 不变。
电工电子教学部
列出静态时的关系式 UGS = – RSID
+UDD RD d
U GS 2 I D I DSS (1 ) U GS(OFF)
g
T + UGS _ s RS IS _
)
2
电工电子教学部
三、P 沟道 MOSFET
P沟道增强型 结构 SiO2绝缘层 符号： D
P+ N型衬底
P+
G
S
加电压才形成 P型导电沟道
增强型场效应管只有当UGS UGS(th）时才形成导电沟道。
电工电子教学部
P 沟道耗尽型管
SiO2绝缘层中 掺有负离子 符号：
D
G
予埋了P型 导电沟道 S
3. 转移特性曲线
i D f ( uGS ) UiD /mA NhomakorabeaDS
4 UDS = 10 V 3 2 UGS (th) 开启电压 1 uGS /V 2 4 6 O
当 uGS > UGS(th) 时：
iD I DO (
uGS U GS (th)
1)2
uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值
在一定的漏–源电压UDS下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电 压称为开启电压UGS(th）。
c. 当 uGS UGS(th) 时，衬底中电子被吸引 ED – + 到表面，形成N型导电沟道，将D-S连 EG 接起来。 uGS 越大沟道越厚。 S G D – + UG UGS大到一定值才开启，若 S 漏–源之间加上一定的电压 N+ N+ UDS，则有漏极电流ID产生。 P型硅衬底 在一定的UDS下漏极电流ID的 大小与栅源电压UGS有关。 N型导电沟道 所以，场效应管是一种电压 控制电流的器件。
场效应管放大器实验报告
场效应管放大器实验报告实验目的：本实验旨在通过实际操作，了解场效应管放大器的工作原理，掌握其基本特性和参数测量方法。
实验仪器和器材：1. 电压表。
2. 示波器。
3. 信号发生器。
4. 直流稳压电源。
5. 场效应管。
6. 电阻、电容等元件。
7. 示波器探头。
8. 连接线等。
实验原理：场效应管是一种电子管，具有高输入电阻、低噪声、大输入动态范围等特点，常被用作放大器的放大元件。
其工作原理是通过控制栅极电压，改变沟道中的电子浓度，从而控制漏极电流。
在放大器中，场效应管可以实现电压信号的放大。
实验步骤：1. 按照电路图连接实验电路，注意接线正确、稳固。
2. 调节直流稳压电源，使其输出电压为所需值，接通电源。
3. 连接信号发生器和示波器，调节信号发生器输出频率和幅度。
4. 测量输入输出电压，并记录数据。
5. 调节输入信号幅度，观察输出信号变化。
6. 改变场效应管的工作状态，观察输出信号的变化。
实验结果与分析：通过实验测量和观察，我们得到了场效应管放大器的输入输出特性曲线。
当输入信号幅度较小时，输出信号随之变化，但当输入信号幅度超过一定值后，输出信号不再随之变化，出现了饱和现象。
这表明场效应管放大器具有一定的线性放大范围，超出该范围后会出现失真。
此外，我们还观察到了场效应管放大器的频率特性。
随着输入信号频率的增加，输出信号的幅度出现了衰减，这是由于场效应管的内部电容导致的。
因此，在实际应用中，需要根据信号频率选择合适的场效应管型号，以保证放大器的性能。
结论：通过本次实验，我们深入了解了场效应管放大器的工作原理和特性，掌握了其参数测量方法。
同时，我们也发现了其在实际应用中需要注意的问题，为今后的电子电路设计和实际应用提供了重要的参考。
总之，场效应管放大器作为一种重要的放大器元件，在电子技术领域具有广泛的应用前景，我们应该深入学习其原理和特性，不断提高自己的实验操作能力，为今后的科研和工程实践打下坚实的基础。
场效应管放大电路介绍课件
⑦ 输出电阻rd：
rd
vDS iD
VG S
12
4.3 金属-氧化物-半导体场效应管
FET 场效应管
JFET 结型
MOSFET 绝缘栅型
N沟道 （耗尽型）
P沟道 N沟道
增强型 P沟道
N沟道 耗尽型
P沟道
13
4.3.1 N沟道增强型MOSFET
1. 结构
14
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理 s 二氧化硅
d
d
d
P+
P+
P+
P+
P+
P+
g
g
g
N
N
N
s
s
s
8
2. 工作原理 ③ VGS和VDS同时作用时
9
4.1.1 JFET的结构和工作原理 综上分析可知
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此 iG0，输入电阻很高。
• JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制 • 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；
反偏的PN结 —— 反偏电压控制耗尽层
栅极G(g)
源极S(s)
6
4.1.1 JFET的结构和工作原理
2. 工作原理 ① VGS对沟道的控制作用
② VDS对沟道的影响
• VGS=0
• VGS＜0 (反偏)
• VGS= VP
|VGS | 增加 耗尽层加厚 沟道变窄 沟道电阻增大
全夹断（夹断电压）
耗尽层 d
Rc
CC：Re
//
(
Rs
// Rb )
1
rbe
CB：
实验四场效应管放大电路
实验四场效应管放大电路1. 实验目的（1）研究场效应晶体管放大电路的特点。
（2）比较场效应管放大电路与双极型晶体管放大电路的不同。
（3）掌握场效应管放大电路性能指标的测试方法。
2. 实验涉及的理论知识和实验知识本实验涉及了场效应管的原理与应用。
3. 实验仪器直流稳压电源、万用表、信号发生器和示波器4. 实验电路如图4.1.1所示为实验参考电路, 它由一级场效应管和一级三极管放大电路组成。
图4.1.1场效应管放大电路5. 实验原理场效应管是一种电压控制型的半导体器件。
按其结构和工作原理不同, 可分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管。
它不仅像双极型晶体管一样具有体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点。
而且与双极型晶体管相比, 它的输入阻抗很高, 可达109～1012Ω, 热稳定性好, 抗辐射能力强。
它的最大优点是占用硅片面积小, 制作工艺简单, 成本低, 很容易在硅片上大规模集成。
因此在大规模集成电路中占有极其重要的地位。
与三极管放大电路一样, 为了使电路正常放大, 必须设置合适的静态工作点, 以保证在信号整个周期内, 场效应管均工作在恒流区。
（1）结型场效应管的特性和参数图4.1.2为N沟道结型场效应管的输出特性曲线和转移特性曲线。
在转移特性曲线中, 当UGS=0时的漏极电流称为饱和漏极电流IDSS。
当UGS变化到使ID≈0时, 相应的UGS称为夹断电压UP。
转移特性曲线的斜率称为跨导gm, 显然gm的值与场效应管的工作点有关。
输出特性曲线分为四个区。
它们分别是可变电阻区、恒流区、夹断区和击穿区。
/V图4.1.2 N 沟道结型场效应管的输出特性和转移特性曲线1）可变电阻区图4.1.2中的予夹断轨迹是各条曲线上, 使UDS=UGS-UP, 即UGD=UP 的点连接而成的。
UGS 越大, 予夹断时的UDS 值也越大。
予夹断轨道的左边区域称为可变电阻区, 该区域中的曲线近似为不同斜率的直线。
当UGS 确定时, 直线的斜率也唯一地被确定, 该斜率的倒数即为漏源间的等效电阻。
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4－2 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 GSDm ==表6－1列出了3DJ6F 的典型参数值及测试条件。
表4－12、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2PGS 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 PGS 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。
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实验四场效应管放大电路1．实验目的（1）研究场效应晶体管放大电路的特点。
（2）比较场效应管放大电路与双极型晶体管放大电路的不同。
（3）掌握场效应管放大电路性能指标的测试方法。
2．实验涉及的理论知识和实验知识本实验涉及了场效应管的原理与应用。
3．实验仪器直流稳压电源、万用表、信号发生器和示波器4．实验电路如图4.1.1所示为实验参考电路，它由一级场效应管和一级三极管放大电路组成。
图4.1.1场效应管放大电路5．实验原理场效应管是一种电压控制型的半导体器件。
按其结构和工作原理不同，可分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管。
它不仅像双极型晶体管一样具有体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点。
而且与双极型晶体管相比，它的输入阻抗很高，可达109～1012Ω，热稳定性好，抗辐射能力强。
它的最大优点是占用硅片面积小，制作工艺简单，成本低，很容易在硅片上大规模集成。
因此在大规模集成电路中占有极其重要的地位。
与三极管放大电路一样，为了使电路正常放大，必须设置合适的静态工作点，以保证在信号整个周期内，场效应管均工作在恒流区。
（1）结型场效应管的特性和参数图4.1.2为N沟道结型场效应管的输出特性曲线和转移特性曲线。
在转移特性曲线中，当U GS=0时的漏极电流称为饱和漏极电流I DSS。
当U GS变化到使I D≈0时，相应的U GS称为夹断电压U P。
转移特性曲线的斜率称为跨导g m，显然g m的值与场效应管的工作点有关。
输出特性曲线分为四个区。
它们分别是可变电阻区、恒流区、夹断区和击穿区。
/V图4.1.2 N 沟道结型场效应管的输出特性和转移特性曲线1）可变电阻区图4.1.2中的予夹断轨迹是各条曲线上，使U DS =U GS -U P ，即U GD =U P 的点连接而成的。
U GS 越大，予夹断时的U DS 值也越大。
予夹断轨道的左边区域称为可变电阻区，该区域中的曲线近似为不同斜率的直线。
当U GS 确定时，直线的斜率也唯一地被确定，该斜率的倒数即为漏源间的等效电阻。
因此，在该区域中，通过改变U GS 的大小，可以改变漏源间的电阻阻值。
所以把这个区域称为可变电阻区。
2）恒流区图4.1.2中的予夹断轨迹的右边区域为恒流区。
当U DS >U GS - U P ，即U GD <U P 时，各曲线近似为一组横轴的平行线。
漏极电流I D 基本不随U DS 而变，故称此区域为恒流区。
在恒流区内，虽然I D 不随U DS 而变化，但是，对应于不同的U GS ，漏极电流的恒值不同。
也就是说，U GS 对漏极电流有控制作用，所以又称为“放大区”。
场效应管作为放大器使用时，一般工作在此区域内。
3）夹断区当U GS < U P 时，导电沟道被夹断，I D ≈0，即 图4.1.2中靠近横轴的部分，称为夹断区。
4）击穿区当U DS 增加到某一临界值时，漏极电流I D 开始迅速增大而出现击穿现象。
这是由于U DS过高而使漏区与衬底之间的PN 结产生雪崩击穿而致。
（2）场效应管放大电路实验电路采用由N 沟道结型场效应管2SK246以及若干电阻、电容组成的共源放大电路，如图4.1.1所示。
下面以此电路为例进行研究。
2SK246是N 沟道结型场效应管，其管脚排列和符号如图4.1.3所示。
N 沟道结型场效应管2SK246是电路的核心，为使它工作在恒流区，通过R g1和R g2对电源U DD 分压来设置偏压U G ，所以称此电路为分压式偏置电路。
U G 应大于U P ；在输出回路加漏极电源U DD ，一方面使漏源电压大于予夹断电压，以保证管子工作在恒流区，另一方面作为电路的能源。
R d 的作用是将漏极电流I D 的变化转换成电压U DS 的变化，从而实现电压放大。
1）静态分析由于栅极电流为0，所以电阻R g 上的电流为0，栅极电位g2GQ DD g1g2R U U R R =+源极电位 U SQ =I DQ R S 因此 g2GSQ GQ SQ DD DQ s g1g2R U U U U I R R R =-=-+U DSQ =U DD -I DQ （R d +R s ）2）动态分析共源极放大电路微变等效电路如图4.1.4所示。
场效应管放大电路的动态分析同双极性三极管，也是求电压放大倍数A u 、输入电阻R i 和输出电阻R o 。
图4.1.4 共源极放大电路微变等效电路①电压放大倍数根据电压放大倍数的定义ou iu A u =由等效电路可得'o m gs Lu g u R =- 再找出u o 和u i 的关系，即u gs 和u i 的关系，从等效电路可得u i =u gs所以'u1m L A g R =-②输入电阻R i = R g + R g1∥R g2③输出电阻R o =R D（3）场效应管放大电路的测试对于场效应管放大电路静态工作点、电压放大倍数和输出电阻的测量方法与单级放大电路的相应测量方法一样。
不同的是由于场效应管的输入电阻R i 比三极管的输入电阻高很多，与示波器的输入电阻同属于一个数量级，因此不能在输入端直接测量，否则会带来较大的测量误差。
对于这种输入阻抗很高的放大电路，通常采用输出换算法来测量场效应管放大电路的输入阻抗。
测量电路如图4.1.5所示。
u图4.1.5 输出换算法测量高R i 原理图S在放大器输入端和信号发生器之间，串接一个与R i 数值相当电阻R 。
这时，由于R 的接入会引起放大电路输出电压u o 的变化，在开关S 闭合、断开情况下，用示波器测得输出电压分别是u o1和u o2。
将测量值带入下面公式可计算R i 。
o2i o1o2u R R u u =-（4）场效应管与三极管的性能比较1）场效应管的源极s 、栅极g 、漏极d 分别对应于三极管的发射极e 、基极b 、集电极c ，它们的作用相似。
2）场效应管是电压控制电流器件，由u GS 控制i D ，其放大系数g m 一般较小，因此场效应管的放大能力较差。
三极管是电流控制电流器件，由i B （或i E ）控制i C 。
3）场效应管栅极几乎不取电流；而三极管工作时基极总要吸取一定的电流。
因此场效应管的输入电阻比三极管的输入电阻高。
4）场效应管只有多子参与导电，三极管有多子和少子两种载流子参与导电，因少子浓度受温度、辐射等因素影响较大，所以场效应管比三极管的温度稳定性好、抗辐射能力强。
在环境条件（温度等）变化很大的情况下应选用场效应管。
5）场效应管在源极未与衬底连在一起时，源极和漏极可以互换使用，且特性变化不大；而三极管的集电极与发射极互换使用时，其特性差异很大，β值将减小很多。
6）场效应管的噪声系数很小，在低噪声放大电路的输入级及要求信噪比较高的电路中要选用场效应管。
7）场效应管和三极管均可组成各种放大电路和开关电路，但由于前者制造工艺简单，且具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽等优点，因而被广泛用于大规模和超大规模集成电路中。
6．实验内容场效应管放大电路的参考实验电路如图4.1.1所示。
1） 测量并调试放大器的静态工作点调整静态工作点，使其处在特性曲线放大区的中间位置，用示波器测量U G'、U D 和U S ，并计算I D 、U GS 和U DS 。
2） 测量放大器的性能指标①测量放大电路的电压放大倍数、输出电阻在放大电路的输入端接入一个频率为f=1kHz 的正弦波，用示波器监测放大电路输出电压的波形，在波形没有出现失真的情况下，分别在R L =15kΩ和输出开路情况下，测量放大器输入电压u i 、输出电压u o 和u L ，计算放大器增益A u 和R o 。
②测量放大电路输入电阻用输出换算法来改接实验电路输入端，加入幅度合适、频率为1kHz 的正弦信号，在保证波形不失真的情况下，将开关S 依次闭合、断开，用示波器测得输出电压分别是u o1和u o2。
将测量值带入下面公式可计算R i 。
o2i o1o2u R R u u =-③测量电路的最大不失真输出电压U omax 。
4）场效应管与晶体管组合放大电路 ①调整三极管放大电路静态工作点。
②两级放大电路级联，场效应管放大电路为第一级，三极管放大电路为第二级，测量第一级电压放大倍数A u1、第二级电压放大倍数A u2 和总电压放大倍数A u 。
③两级放大电路级联，三极管放大电路为第一级，场效应管放大电路为第二级，测量第一级电压放大倍数A u1、第二级电压放大倍数A u2 和总电压放大倍数A u 。
7．实验报告要求（1）整理测试数据，并对数据进行相应处理；（2）通过对数据的总结，对场效应管工作在不同情况下的特点进行分析，进一步掌握场效应管的相应特点。
（3）总结场效应管与晶体管组合放大电路的特点。
[思考题]1． 场效应管放大电路和双极型管放大电路性能有何差别？2． 场效应管放大电路输入回路的电容C 1为什么可以选用0.1μF ，而三极管放大电路中的输入耦合电容为什么不能选如此小的电容？3．测量场效应管静态工作电压U GS时，能否直接用电压表跨接栅、源极进行测量，为什么？4．在两级放大电路实验中，电路参数未变，前后级对调后总的电压放大倍数是否一样，为什么？5．测量场效应管放大电路输入电阻时，应该用输入换算法、还是输出换算法，为什么？。