场效应管放大器实验分析

一、实验目的

① 了解结型场效应管组成的放大器的性能指标。

② 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、源极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1.17.1所示为N沟道结型场效应管3DJ6F的输出和转移特性曲线。其直流参数主要有饱和漏极电流IDSS，夹断电压UGS等；交流参数主要有低频跨导：

图1.17.1 3DJ6F的输出特性和转移特性曲线

表1.17.1列出了3DJ6F的典型参数值及测试条件。

表1.17.1 3DJ6F的典型参数值及测试条件

2. 场效应管放大器性能分析

图1.17.2为结型场效应管组成的共源级放大电路。其静态工作点为

中频电压放大倍数

输入电阻

输出电阻

图1.17.2 结型场效应管共源级放大器

式中跨导gm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要用静态工作点处的数值。

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，也可采用晶体管放大器的测量方法，但由于场效应管的Ri比较大，如直接测量输入电压us和ui，则由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uo来计算输入电阻。测量电路如图1.17.3所示。在放大器的输入端串入电阻R，把开关S掷向位置“1”（即使R=0），测量放大器的输出电压uo1=Auus；保持us不变，再把S掷向“2”（即接入R），测量放大器的输出电压uo2。由于两次测量中Au和us保持不变，故

图1.17.3 输入电阻测量电路

由此求出

式中，R和Ri不要相差太大，本实验可取R = 100～200 kΩ。

三、实验设备与器件

±12 V直流电源；函数信号发生器；双踪示波器；交流毫伏表；直流电压表；结型场效应管3DJ6F×1，电阻、电容若干。

四、实验内容(www.xing528.com)

1．静态工作点的测量和调整

① 用图示仪测量实验中所用场效应管的特性曲线和参数，记录下来备用。

② 按图1.17.2连接电路，接通12 V电源，用直流电压表测量UG，US和UD。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1.17.2中（若不合适，则适当调整Rg2和RS）。

表1.17.2 静态工作点测试

2．电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro的测量

（1）Au和Ro的测量

在放大器的输入端加入f = 1 kHz，ui≈50～100 mV的正弦信号，并用示波器监视输出电压uo的波形。在输出电压uo没有失真的条件下，用交流毫伏表分别测量RL=∞和RL=10 kΩ时的输出电压uo（注意保持ui不变），记入表1.17.3中。

表1.17.3 电压放大倍数测试

用示波器同时观察ui和uo的波形，描绘出来并分析它门的相位关系。

（2）Ri的测量

按图1.17.3改接实验电路，选择合适大小的输入电压us（50～100 mV）。将开关S掷向“1”，测出R=0时的输出电压uo1，然后将开关掷向“2”（接入R），保持us不变，再测出uo2，根据公式求出Ri，记入表1.17.4中。

表1.17.4 Ri的测试

五、预习要求

① 复习结型场效应管工作原理以及对电源极性的要求和性能参数的含义。

② 复习场效应管放大器工作原理，及静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测量和计算方法，并对本实验电路的上述参数进行估算。

③ 熟悉实验步骤和测试方法，试比较与三极管放大器实验方法有哪些区别。

六、思考题

① 根据场效应管放大器工作性能的测试结果分析场效应管放大器具有什么特点。输入电阻与哪些元件参数有关？放大倍数与工作点是否有关系？为什么？

② 场效应管放大器输出动态范围与什么参数有关？

七、实验报告要求

① 整理实验数据，将测得的Au，Ri，Ro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。