实验六场效应管放大器
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6-1
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6－2 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
GS
D
m
=
=
表6－1列出了3DJ6F的典型参数值及测试条件。
表6－1
参数名称饱和漏极电流
I
DSS
（mA）
夹断电压
U
P
（V）
跨导
g
m
（µA/V）
测试条件U
DS
＝10V
U
GS
＝0V
U
DS
＝10V
I
DS
＝50µA
U
DS
＝10V
I
DS
＝3mA
f＝1KHz
参数值1～3.5 ＜｜－9｜＞100
2、场效应管放大器性能分析
图6－1为结型场效应管组成的共源级放大电路。
其静态工作点
2
P
GS 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 P
GS 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。
测量电路如图3－3所示。
图3－3 输入电阻测量电路
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 01＝A V U S ；保持U S 不变，再把K 掷向2（即接入R ），测量放大器的输出电压U 02。
由于两次测量中A V 和U S 保持不变，故
S
D DD g2
g1g1
S G GS R I U R R R U U U -+=
-=
V S i
i
i V 02A U R R R U A U +=
= 由此可以求出 R U U U R 02
O102
i -=
式中R 和R i 不要相差太大，本实验可取R ＝100～200K Ω。
四、实验内容
1、静态工作点的测量和调整
1) 关闭系统电源，按图6－1连接电路。
2) 调节信号源使其输出频率为1KHz 、峰峰值为200mv 的正弦信号Ui ，并
用示波器同时检测Uo 和Ui 的波形，如波形正常放大未失真，则断开信号源，测量Ug 、Us 和Ud ，把结果记入表6－2。
3) 若不合适，则适当调整R g2和R S ，调好后，再测量U G 、U S 和U D 记入表
6－2。
表6－2
2、电压放大倍数A V 的测量
1) 关闭系统电源，按图6－1连接电路。
2）A V 的测量
在放大器的输入端加入频率为1KHz 、峰峰值为500mv 的正弦信号U i ，并用示波器同时观察输入电压Ui 输出电压U 0的波形。
在输出电压U 0没有失真的条件下，用交流毫伏表分别测量R L ＝∞和R L ＝4.7K Ω时的输出电压U O （注意：保持 U i 幅值不变），记入表6－3。
表6－3
测 量 值
计 算 值
u i 和u O 波形
U i （V ） U O （V ）
A V
A V
R O （K Ω）
下图所示
R L ＝∞ 0.177 1.42 8.02
8.02
6.15k Ω
R L =4.7K 0.177 0.615 3.47
3.47
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) R i 的测量（测量方法同实验五）
按图6-1连接实验电路，选择合适大小的输入电压U S （约50－100mV ），使输出电压不失真，测出输出电压Uo1，然后关闭系统电源，在输入端串入 5.1K 电阻（本电阻数量级应为场效应管输入阻抗在同一数量级，以避免量化误差，此处5.1K 较小，但无法更改），测出输出电压Uo2，根据公式
R U U U R 02
0102
i -=
求出 R i ，记入表6－4。
测 量 值
计 算 值 U 01（V ） U 02（V ） R i （K Ω） 0.615
0.612
1.04M Ω
五、实验总结
通过这次实验，我们了解结型场效应管的性能和特点，同时进一步熟悉放大器动态参数的测试方法，收获颇大
六、思考题
1、场效应管放大器输入回路的电容C
1为什么可以取得小一些（可以取C
1
=0.1
μF）？
答：因为场效应管是高阻抗输入管，所以输入信号要求小的幅度，否则将产生大幅度失真的。
为了达到最佳匹配，所以输入耦合电容要选得小一些
2、在测量场效应管静态工作电压U
GS
时，能否用直流电压表直接并在G、S 两端测量？为什么？
答：在测量场效应管静态工作电压UGS时，不能使用万用表直接并在G，S两端测量。
因为场效应管子的各个极性阻抗非常高、受到感应的影响会很大，万用表的表笔针和人体手指的感应会影响工作点的较大变化
3、为什么测量场效应管输入电阻时要用测量输出电压的方法？
答：要测这个放大电路的输入电阻，本来只要测出输入电压Ui和输入电流Ii,但是输入电流过于微小导致计算偏差很大。
为了将这个电流量转换成电压，于是在输入电路中串联了一个电阻R，这个R的大小应当和输入电阻的大小相当。
这样，输入电流Ii=(Us-Ui)/R,在这里，Us是信号源输出电压，Ui是放大电路输入端得到的电压，只要测出这两个电压，就可求出输入电阻了。