场效应管放大器实验--模拟电路实验箱

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3－1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；交流参数主要有低频跨导。
表3－1列出了3DJ6F的典型参数值及测试条件。
表3－1

参数名称	饱和漏极电流 IDSS（mA）	夹断电压 UP（V）	跨    导 gm（µA/V）
测试条件	UDS＝10V UGS＝0V	UDS＝10V IDS＝50µA	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3－2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_V＝－g_mR_L＇＝－g_mR_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

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。 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U₀₁＝A_VU_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U₀₂。由于两次测量中A_V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＝100～200KΩ。
三、实验设备与器件
1、函数信号发生器      
2、双踪示波器
3、交流毫伏表           
4、直流电压表
5、结型场效应管3DJ6F×1，电阻器、电容器若干。
6、场效应管电路模块
四、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），求出工作点处的跨导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=0.1μF）？
3、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？
4、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？ 
五、实验内容
1、静态工作点的测量和调整
1)    接图3－2连接电路，令U_i＝0，接通＋12V电源，用直流电压表测量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3－2。
2)    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
3－2。
表3－2

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A_V、输入电阻R_i和输出电阻R_O的测量
(1)A_V和R_O的测量
在放大器的输入端加入f＝1KHz的正弦信号U_i（≈50～100mV），并用示波器监视输出电压u₀的波形。在输出电压u₀没有失真的条件下，用交流毫伏表分别测量R_L＝∞和R_L＝10KΩ时的输出电压U_O（注意：保持U_i幅值不变），记入表3－3。
表3－3

测  量  值					计  算  值		ui和uO波形
	Ui（V）	UO(V)	AV	RO（KΩ）	AV	RO（KΩ）
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)R_i的测量
按图3－3改接实验电路，选择合适大小的输入电压U_S（约50～100mV），将开关K掷向“1”，测出R＝0时的输出电压U₀₁，然后将开关掷向“2”，（接入R），保持U_S不变，再测出U₀₂，根据公式
 求出R_i，记入表3－4。
表3－4

测    量    值			计  算  值
U01（V）	U02（V）	Ri（KΩ）	Ri（KΩ）

六、实验总结
1、整理实验数据，将测得的A_V、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。