1、實驗五 場效應管放大器 一 實驗目的1了解場效應管共源極放大器的性能特點。2掌握放大器主要性能指標的測試方法。二預習要求1復習場效應管共源極放大器的工作原理。2熟悉本實驗中測量Au、Ri、Ro、fL、fH的方法。三實驗原理場效應管共源極放大器具有以下特點：輸入阻抗高，電壓放大倍數較小。場效應管在組成放大器時，需要由偏置 +UDD 電路建立一個合適又穩定的靜態工作點，由 Rd C2于場效應管是電壓控制器件，因此，它只需 D要給柵極加上合適的偏壓，一般采用自給偏 C1 G 壓的方法給柵極加上合適的偏壓。如圖1所 S RL Uo示的共源極放大器就是由N溝道結型場效應 ui RG RS CS管構成的自

2、給偏壓電路。 由于柵極電流IG近似為零，所以柵極電 圖1 自偏壓式場效應管共源極放大器阻RG上的壓降近似為零，柵極G與地同電位，即UG = 0。對結型場效應管來說，即使在UGS = 0時，也存在漏極電流ID，因此在沒有外加柵極電源的情況下，仍然有靜態電流IDQ流經源極電阻RS，在源極電阻RS上產生壓降US （US= IDQ RS），使源極電位為正，結果在柵極與源極間形成一個負偏置電壓： UGSQ = UGQ USQ = IDQRS （1）這個偏置電壓是由場效應管本身的電流IDQ產生的，所以稱為自給偏壓。為了減小RS對交流信號的影響，可在RS兩端并聯一個交流旁路電容CS。四場效應管共源極放大器的

3、直流與交流參數 1場效應管共源極放大器的直流參數 為了使放大器正常工作，必須對場效應管放大器設置合適的靜態工作點，場效應管放大器的靜態工作點是指直流量UGSQ、IDQ和UDSQ。靜態工作點可采用圖解法或計算法確定。在本實驗中采用計算法來確定靜態工作點。根據圖 1 電路可得到如下靜態時的關系式。 UDSQ=UDD IDQ（RS + Rd） （2） UGSQ= IDQRS （3） （4） 將已知的UDD、RS、Rd、UP和IDSS代入以上方程，聯立求解，就可算出靜態工作點UGSQ、IDQ和UDSQ（UP和IDSS分別為夾斷電壓和漏極飽和電流）。 2場效應管共源極放大器的交流參數場效應管共源極放大器

4、的交流參數可由下幾個式子求出：（1）電壓放大倍數Au： （5） 其中負號表示輸出電壓的相位與輸入電壓相反，rDS（約為幾十千歐）是場效應管的動態電阻。由于結型場效應管的gm較小，若要提高電壓放大倍數，則應增大Rd和RL，相應地也要提高電源電壓UDD的值。（2）輸入電阻Ri： （6）（3）輸出電阻Ro： （7）五實驗儀器設備名 稱型 號 或 規 格數 量 示波器日立V2521直流穩壓電源JWD21函數信號發生器GFG8020G（或8016G）1晶體管毫伏表DA161萬用表YX960TR或其它型號1六實驗內容及測試方法 µA D ID1測量夾斷電壓UP G UDS=10V按圖2所示連接電

5、路，改變UGS的大小， S 使ID=50A。此時測出UGS的值就得到夾斷 UGS V 電壓UP的值。即此時的UGS = UP。結型場效 應管的UP為負，其絕對值一般小于9伏。 圖 2 測量UP的電路 2測量漏極飽和電流IDSS µA按圖3所示連接電路，UGS = 0，UDS = 10V， D IDSS此時測出的漏極電流就是飽和漏極電流IDSS。 G UDS=10V3DJ6型的IDSS < 10mA。 S 3在本實驗中取IDQ = 1.5mA，將IDQ和上面測出來的夾斷電壓UP、飽和電流IDSS代入 圖 3 測量 IDSS 的電路（4）式中，求出UGSQ。 然后利用公式： 求出跨

6、導gm。 +UDD 4按圖4（圖中元件值分別取：Rd =3kW， Rd C2 RL=20kW，RG =1 MW，RS=100W，RW1=1kW， DUDD=12V，C1= 0.1F，C2=10F，CS=100F）， C1 G 在實驗板上安裝和連接電路，檢查無誤后，接 S 通直流電源，然后調節Rw1使Rd兩端的電壓 R´S RL Uo為4.5V，則場效應管放大器的靜態工作電流： Ui RG CS RW1 圖 4 場效應管共源極放大器 5測量場效應管放大器的電壓放大倍數Au：輸入f =1kHz，Ui = 20mV的正弦波信號，用毫伏表在放大器的輸出端測量輸出電壓Uo。按下式算出電壓放大倍

7、數： 將上面算出的Au值與用（5）式算出的電壓放大倍數相比較。 6測量場效應管放大器的輸入電阻Ri： +UDD 按圖5所示連接電路，先將輸入信號 RdUi = 20mV接到放大器的輸入端，將開關 C2S1板向1點，測出此時放大器的輸出電壓 1 C1Uo；然后將開關S1板向2點，在放大器的 S1 輸入端串接一個電位器RW2，輸入信號電 2 RW2 R´S RL Uo壓Ui = 20mV接到電位器RW2的一端，調 US RG CS 節RW2，使放大器的輸出電壓U¢o下降到 Ui RW1Ui接1點時輸出電壓Uo的一半,即U¢o = Uo/2。接著去掉輸入信號Ui，用萬用

8、表的10kW檔測量電位器RW2的電阻值， 圖5 場效應管放大器輸入電阻測量電路該阻值就是放大器的輸入電阻Ri。 ( 圖中：RW2=2MW )7測量場效應管放大器的輸出電阻Ro： +UDD 按圖6所示連接電路，保持輸入電 Rd C2壓Ui = 20mV，將開關S2斷開，測出放 大器不接負載時的輸出電壓Uo；然后 C1 將開關S2接通，在放大器的輸出端接上 S2 一個電位器RW3，調節RW3使放大器的 R´S Uo 輸出電壓U¢o下降到開關S2斷開時輸出 Ui RG CS RW3電壓Uo的一半，即U¢o = Uo/2。然后再 RW1 將開關S2斷開，用萬用表的1kW（

9、或100W）檔測量電位器RW3的電阻值，該阻值就是放大器的輸出電阻Ro。 圖6 場效應管放大器輸出阻抗測量電路8用示波器測量放大器的上、下限頻率： （RW3 =10kW）調節RW1，使IDQ = 3mA，輸入f = 1kHz、Ui = 20mV的正弦波信號，用示波器測出放大器的輸出電壓Uo。調節示波器的“V/div”及其微調旋鈕，使放大器輸出波形的高度正好為五格。然后保持輸入信號Ui = 20mV不變，逐漸升高放大器輸入信號的頻率，則輸出波形的高度將會隨著信號頻率的升高而逐漸降低，當輸出波形的高度降到原來高度的0.7時(即3.5格)，信號發生器上所顯示的頻率就是被測放大器的上限頻率fH。用同樣的方法，從1kHz開始，使放大器輸出波形的高度正好為五格，保持輸入信號Ui = 20mV不變。然后逐漸降低輸入信號的頻率，當輸出波形的高度降到原來高度的0.7時(即3.5格)，信號發生器上所顯示的頻率就是被測放大器的下限頻率fL。