利用场效应管实现放大电路

利用场效应管实现放大电路

一、设计题目

设计一个场效应管放大器，要求电压增益大于40，输出阻抗小与500欧姆，电源电压15V，输出信号峰峰值不小于8 V，非线性失真度小于10%。

二、技术参数要求

1, 要求电压增益大于40

2,输出阻抗小与500欧姆

3,电源电压15V

4,输出信号峰峰值不小于8 V

5,非线性失真度小于10%

三、所用设备、仪器及清单

示波器一个、信号发生器一个、直流稳压电源一个、数字万用表一个、3DJ6F场效应管三个、47μF电容五个、面包板一个、电阻若干。

四、电路图

五、原理介绍

(1)转移特性栅极电压对漏极电流的控制作用称为转移特性，若用曲线表示，该曲线就称为转移特性曲线。它的定义是：漏极电压UDS恒定时，漏极电流ID同栅极电压UGS的关系，即结型场效应管的转移特性曲线如图所示。图中的Up为夹断电压，此时源极与漏极间的电阻趋于无穷大，管子截止。在UP电压之后，若继续增大UGS就可能会出现反向击穿现象而损坏管子。

(2)输出特性UDS与ID的关系称为输出特性，若用曲线表示，该曲线就称为输出特性曲线。它的定义是：当栅极电压UGS恒定时，ID随UDS的变化关系，即结型场效应管的输出特性曲线如图所示。结型场效应管的输出特性曲线分为三个区，即可变电阻区、饱和区及击穿区。当UDS较小时，是曲线的上升部分，它基本上是通过原点的一条直线，这时可以把管子看成是一个可变电阻。当UDS增加到一定程度后，就会产生预夹断，因此尽管UDS再增加，但IS基本不变。因此预夹断点的轨迹就是两种工作状态的分界线。把曲线上UDS=UGS-UP的点连接起来，便可得到预夹断时的轨迹。轨迹左边对应不同UGS值的各条直线，通称为可变电阻区；

轨迹右边的水平直线区称为饱和区，结型场效应管作放大用时，一般都工作在饱和区。(3)结型场效应管的放大作用结型场效应管的放大作用一般指的是电压放大作用，可以通过图所示电路来说明这一作用。当把变化的电压加入输入回路时，将引起漏极电流的变化。如果负载电阻RL选得合适，就完全可以使输出端的电压变化比输入端的电压变化大许多倍，这样电压便得到了放大。

六、相关理论介绍

1共源级放大电路

基本构造：

参数计算：

特点：电压增益高，且输出电压与输入电压反相，输入电阻大，输出电阻主要由Rd决定。

2共漏级放大电路

基本构造：除输出级不同外，其余构造与共原级相似。

电压增益：A=（g •Rs）/（1+g •Rs）

输入电阻：Ri=Rg1‖Rg2

输出电阻：Ro=Rs‖1/g

特点：电压增益接近于1，输出电压与输入电压同相，输入电阻大，输出电阻小。

3多级放大电路

A，多级放大电路的级间耦合方式：阻容耦合，变压器耦合，直接耦合，光电耦合。其中直接耦合特点：a，既可以放大交流信号，也可以放大直流和变化非常缓慢的信号；链

路简单，便于集成，所以集成电路多采用这种耦合方式。

b，需要电位偏移电路，以满足稳定各级静态工作点的需要。

c，存在着各级静态工作点相互牵制和零点漂移这两个问题。

B,多级放大电路的分析和计算：

a，电压增益：多级放大电路的分析和计算与单级放大器的分析方法基本相同。一个n级级联的放大器，架设个记得电压放大倍数分别为A1,A2,A3, …An，则总的电压放大倍数为

A=Vo/Vi=Vo1/Vi1 •Vo2/Vi2 •Vo3/Vi3…Von/Vin=A1A2A3…An 在计算每集电压增益是，必须考虑前后级之间的影响，即前级放大器为后级放大器的信号源，后级放大器是前级放大器的负载，例如Rl1=Ri2,Rl’=Rc1‖Ri2。

b，输入电阻和输出电阻:多级放大电路的输入阻抗Ri就是第一级放大电路的输入阻抗；多级放大电路的输出电阻Ro就是末级放大电路的输出电阻。

七、测试数据分析

电压增益Av≈输出信号峰峰值Vpp≈输出电阻Ro=

八、调试中遇到的问题及解决方法介绍

问题一：测量夹断电压的电路连接

解决方法：将直流信号源与输入端直接连接，达到固定电压与可变电阻器的串联形成的效果，

减少原件个数，减小误差。

问题二：电压放大倍数达不到要求。

解决方法：原采用两级放大，因实际情况放大倍数只有倍，后改为三级放大，虽然没有达到要求的40倍，但已接近35倍左右，实验结果较为理想。

九、课程设计总结

对于结型场效应管的分析总结如下：

1.可变电阻区域（非饱和）：当Uds=0或者很小的时候，耗尽层几乎不受漏源间电压的影响，只受到栅源间电压的影响，当|Ugs|曾大时，耗尽曾跟着增宽，体现在电气特性上就是漏源之间的电阻增大；这就是预夹断之间的特性；

2.恒流特性（饱和）：预夹断以后到夹断之间的电气特性，当Ugs电压为一个在Ugs(off)~~0v 范围内的一个定值，则电流id并不随Uds的变化而变化，电压Uds的增加的同时耗尽层也在增加，即DS之间的电阻也在增加，id=Uds/Rds 从而体现出来的特性就是id是一恒定的值（有小幅度的增加，但是基本恒定），此管若用作放大管用需要工作在此区间，原因是:在此区间Uds对电流的影响是很小的（恒流特性），它可以看成是只受到Ugs控制的电流源，当Uds在此区间一定时，电流随|Ugs|曾大而增大，所以他是电压控制电流的放大元件（三极管是电流控制电流的放大元件）；

3. 夹断区域(截止) 当|Ugs|>|Ugs(off)|时候id几乎等于0；

4.击穿区域：当Uds达到一定的程度的电压时候栅—漏间耗尽层破坏，id骤然增大。刻理解电源控制元件和电流控制元件的区别。