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場效應(yīng)管放大器實驗--模擬電路實驗箱

一、實驗?zāi)康?/strong>
1、了解結(jié)型場效應(yīng)管的性能和特點
2、進(jìn)一步熟悉放大器動態(tài)參數(shù)的測試方法
二、實驗原理
場效應(yīng)管是一種電壓控制型器件。按結(jié)構(gòu)可分為結(jié)型和絕緣柵型兩種類型。由于場效應(yīng)管柵、源之間處于絕緣或反向偏置，所以輸入電阻很高（一般可達(dá)上百兆歐），又由于場效應(yīng)管是一種多數(shù)載流子控制器件，因此熱穩(wěn)定性好，抗輻射能力強，噪聲系數(shù)小。加之制造工藝較簡單，便于大規(guī)模集成，因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。
1、結(jié)型場效應(yīng)管的特性和參數(shù)

圖3－1 3DJ6F的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性曲線
場效應(yīng)管的特性主要有輸出特性和轉(zhuǎn)移特性。圖3－1所示為N溝道結(jié)型場效應(yīng)管3DJ6F的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性曲線。其直流參數(shù)主要有飽和漏極電流I_DSS，夾斷電壓U_P等；交流參數(shù)主要有低頻跨導(dǎo)。
表3－1列出了3DJ6F的典型參數(shù)值及測試條件。
表3－1

參數(shù)名稱飽和漏極電流
I_DSS（mA）夾斷電壓
U_P（V）跨    導(dǎo)
g_m（µA/V）

測試條件 U_DS＝10V
U_GS＝0V U_DS＝10V
I_DS＝50µA U_DS＝10V
I_DS＝3mA
f＝1KHz

參數(shù)值 1～3.5 ＜｜－9｜＞100

2、場效應(yīng)管放大器性能分析
圖3－2為結(jié)型場效應(yīng)管組成的共源級放大電路。其靜態(tài)工作點

中頻電壓放大倍數(shù)　 A_V＝－g_mR_L＇＝－g_mR_D// R_L
輸入電阻 R_i＝R_G＋R_g1// R_g2
輸出電阻 R_O≈R_D
式中跨導(dǎo)g_m可由特性曲線用作圖法求得，或用公式

計算。但要注意，計算時U_GS要用靜態(tài)工作點處之?dāng)?shù)值。

圖3－2 結(jié)型場效應(yīng)管共源級放大器
3、輸入電阻的測量方法
場效應(yīng)管放大器的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)和輸出電阻的測量方法，與實驗二中晶體管放大器的測量方法相同。其輸入電阻的測量，從原理上講，也可采用實驗二中所述方法，但由于場效應(yīng)管的R_i比較大，如直接測輸入電壓U_S和U_i，則限于測量儀器的輸入電阻有限，必然會帶來較大的誤差。因此為了減小誤差，常利用被測放大器的隔離作用，通過測量輸出電壓U_O來計算輸入電阻。測量電路如圖3－3所示。

圖3－3 輸入電阻測量電路
在放大器的輸入端串入電阻R，把開關(guān)K擲向位置1（即使R＝0），測量放大器的輸出電壓U₀₁＝A_VU_S；保持U_S不變，再把K擲向2（即接入R），測量放大器的輸出電壓U₀₂。由于兩次測量中A_V和U_S保持不變，故
由此可以求出
式中R和R_i不要相差太大，本實驗可取R＝100～200KΩ。
三、實驗設(shè)備與器件
1、函數(shù)信號發(fā)生器
2、雙蹤示波器
3、交流毫伏表
4、直流電壓表
5、結(jié)型場效應(yīng)管3DJ6F×1，電阻器、電容器若干。
6、場效應(yīng)管電路模塊
四、預(yù)習(xí)要求
1、復(fù)習(xí)有關(guān)場效應(yīng)管部分內(nèi)容，并分別用圖解法與計算法估算管子的靜態(tài)工作點（根據(jù)實驗電路參數(shù)），求出工作點處的跨導(dǎo)g_m。
2、場效應(yīng)管放大器輸入回路的電容C₁為什么可以取得小一些（可以取C₁=0.1μF）？
3、在測量場效應(yīng)管靜態(tài)工作電壓U_GS時，能否用直流電壓表直接并在G、S兩端測量？為什么？
4、為什么測量場效應(yīng)管輸入電阻時要用測量輸出電壓的方法？
五、實驗內(nèi)容
1、靜態(tài)工作點的測量和調(diào)整
1)    接圖3－2連接電路，令U_i＝0，接通＋12V電源，用直流電壓表測量U_G、U_S和U_D。檢查靜態(tài)工作點是否在特性曲線放大區(qū)的中間部分。如合適則把結(jié)果記入表3－2。
2)    若不合適，則適當(dāng)調(diào)整R_g2和R_S，調(diào)好后，再測量U_G、U_S和U_D 記入表
3－2。
表3－2

測量值計算值

U_G（V） U_S（V） U_D（V） U_DS（V） U_GS（V） I_D（mA） U_DS（V） U_GS（V） I_D（mA）

2、電壓放大倍數(shù)A_V、輸入電阻R_i和輸出電阻R_O的測量
(1)A_V和R_O的測量
在放大器的輸入端加入f＝1KHz的正弦信號U_i（≈50～100mV），并用示波器監(jiān)視輸出電壓u₀的波形。在輸出電壓u₀沒有失真的條件下，用交流毫伏表分別測量R_L＝∞和R_L＝10KΩ時的輸出電壓U_O（注意：保持U_i幅值不變），記入表3－3。
表3－3

測量值計算值 u_i和u_O波形

U_i（V） U_O(V) A_V R_O（KΩ） A_V R_O（KΩ）

R_L＝∞

R_L＝10K

用示波器同時觀察U_i和U_O的波形，描繪出來并分析它們的相位關(guān)系。
(2)R_i的測量
按圖3－3改接實驗電路，選擇合適大小的輸入電壓U_S（約50～100mV），將開關(guān)K擲向“1”，測出R＝0時的輸出電壓U₀₁，然后將開關(guān)擲向“2”，（接入R），保持U_S不變，再測出U₀₂，根據(jù)公式
求出R_i，記入表3－4。
表3－4

測    量    值計算值

U₀₁（V） U₀₂（V） R_i（KΩ） R_i（KΩ）

六、實驗總結(jié)
1、整理實驗數(shù)據(jù)，將測得的A_V、R_i、R_o和理論計算值進(jìn)行比較。
2、把場效應(yīng)管放大器與晶體管放大器進(jìn)行比較，總結(jié)場效應(yīng)管放大器的特點。
3、分析測試中的問題，總結(jié)實驗收獲。

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參數(shù)名稱	飽和漏極電流 I_DSS（mA）	夾斷電壓 U_P（V）	跨導(dǎo) g_m（µA/V）
測試條件	U_DS＝10V U_GS＝0V	U_DS＝10V I_DS＝50µA	U_DS＝10V I_DS＝3mA f＝1KHz
參數(shù)值	1～3.5	＜｜－9｜	＞100

測量值						計算值
U_G（V）	U_S（V）	U_D（V）	U_DS（V）	U_GS（V）	I_D（mA）	U_DS（V）	U_GS（V）	I_D（mA）

測量值					計算值		u_i和u_O波形
	U_i（V）	U_O(V)	A_V	R_O（KΩ）	A_V	R_O（KΩ）
R_L＝∞
R_L＝10K

測量值			計算值
U₀₁（V）	U₀₂（V）	R_i（KΩ）	R_i（KΩ）

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