场效应管的特性ppt课件.ppt

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1、实验一实验一 场效应管放大电路的研究场效应管放大电路的研究一、一、实实 验验 目目 的的二、二、实验原理与方法实验原理与方法三、三、实实 验验 要要 求求五、五、预习要求与实验报告预习要求与实验报告四、四、实实 验验 仪仪 器器六、六、思考题思考题 1掌握场效应管的特性和参数的测试方法。掌握场效应管的特性和参数的测试方法。 2掌握场效应管放大器性能的调测方法掌握场效应管放大器性能的调测方法。一 实验目的实验目的二、实验原理与设计方法二、实验原理与设计方法 1.场效应管的分类2.场效应管的特性5.场效应管的基本应用4.场效应管的正确使用3.场效应管的判别与实验测试1.场效应管的分类场效应管的分类

2、 场效应管（场效应管（FET）是一种电压控制电流器件。）是一种电压控制电流器件。其特点是输入电阻高，噪声系数低，受温度和辐其特点是输入电阻高，噪声系数低，受温度和辐射影响小。因而特别使用于高灵敏度、低噪声电射影响小。因而特别使用于高灵敏度、低噪声电路中路中 。 场效应管的种类很多，按结构可分为两大类：场效应管的种类很多，按结构可分为两大类：结型场效应管（结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管）和绝缘栅型场效应管（IGFET）.结型场效应管又分为结型场效应管又分为N沟道和沟道和P沟道两沟道两种。绝缘栅场效应管主要指金属种。绝缘栅场效应管主要指金属-氧化物氧化物-半导体半导体场效应管（场效应管

3、（MOS管）管） 。MOS管又分为管又分为“耗尽型耗尽型”和和“增强型增强型”两种，而每一种又分为两种，而每一种又分为N沟道和沟道和P沟沟道道 。 结型场效应管是利用导电沟道之间耗结型场效应管是利用导电沟道之间耗尽区的宽窄来控制电流的，输入电阻尽区的宽窄来控制电流的，输入电阻（1051015）之间；）之间； 绝缘栅型是利用感应电荷的多少来控绝缘栅型是利用感应电荷的多少来控制导电沟道的宽窄从而控制电流的大小，制导电沟道的宽窄从而控制电流的大小，其输入阻抗很高其输入阻抗很高(栅极与其它电极互相绝缘栅极与其它电极互相绝缘)。它在硅片上的集成度高，因此在大规模集它在硅片上的集成度高，因此在大规模集成电

4、路中占有极其重要的地位成电路中占有极其重要的地位 。 下面以下面以N沟道沟道.结型场效应管为例说明场效应管的特性结型场效应管为例说明场效应管的特性. 图图1.1为场效应管的漏极特性曲线。输出特性曲线分为三个为场效应管的漏极特性曲线。输出特性曲线分为三个区：可变电阻区、恒流区和击穿区区：可变电阻区、恒流区和击穿区 。可可 变变 电电 阻阻 区区恒恒 流流 区区 （ 饱饱 和和 区区 ）击击穿穿区区V VG G S SD D S SV VI ID D图1.1 结场效管漏极输出曲线2.场效应管的特性场效应管的特性 （ 1） 可变电阻区：可变电阻区： 图中图中VDS很小，曲线靠近左边。它表示很小，曲线

5、靠近左边。它表示管子预夹断前电压管子预夹断前电压.电流关系是：当电流关系是：当VDS较小时，由于较小时，由于VDS的变的变化对沟道大小影响不大，沟道电阻基本为一常数，化对沟道大小影响不大，沟道电阻基本为一常数，ID基本随基本随VGS作线性变化。作线性变化。 当当VGS恒定时，沟道导通电阻近似为一常数，恒定时，沟道导通电阻近似为一常数，从此意义上说，该区域为恒定电阻区，当从此意义上说，该区域为恒定电阻区，当VGS变化时，沟道导变化时，沟道导通电阻的值将随通电阻的值将随VGS变化而变化，因此该区域又可称为可变电变化而变化，因此该区域又可称为可变电阻区。利用这一特点，可用场效应管作为可变电阻器阻区。

6、利用这一特点，可用场效应管作为可变电阻器 。 可可 变变 电电 阻阻 区区恒恒 流流 区区 （ 饱饱 和和 区区 ）击击穿穿区区V VG G S SD D S SV VI ID D （2）恒流区）恒流区:图中图中VDS较大较大,曲线近似水平的部分是恒流区曲线近似水平的部分是恒流区,它表示管子预夹断后电压它表示管子预夹断后电压.电流的关系电流的关系,即图即图1.1两条虚线之两条虚线之间即为恒流区间即为恒流区(或称为饱和区或称为饱和区)该区的特点是该区的特点是ID的大小受的大小受VGS可控可控, 当当VDS改变时改变时ID几乎不变，场效应管作为放大器使用时，几乎不变，场效应管作为放大器使用时，一般

7、工作在此区域内。一般工作在此区域内。可可 变变 电电 阻阻 区区恒恒 流流 区区 （ 饱饱 和和 区区 ）击击穿穿区区V VG G S SD D S SV VI ID D （3）击穿区：当）击穿区：当VDS增加到某一临界值时，增加到某一临界值时，ID开始开始迅速增大迅速增大, 曲线上翘曲线上翘, 场效应管不能正常工作场效应管不能正常工作,甚至甚至烧毁，场效应管工作时要避免进入此区间烧毁，场效应管工作时要避免进入此区间.可可 变变 电电 阻阻 区区恒恒 流流 区区 （ 饱饱 和和 区区 ）击击穿穿区区V VG G S SD D S SV VI ID D 场效应管的特性曲线可以用晶体管图示仪测试，

8、也可以用逐点测场效应管的特性曲线可以用晶体管图示仪测试，也可以用逐点测量法测试。图量法测试。图1.2是用逐点测量法测试场效应管特性曲线的原理图。是用逐点测量法测试场效应管特性曲线的原理图。场效应管的转移特性曲线是当漏源间电压场效应管的转移特性曲线是当漏源间电压VDS保持不变，栅源间电压保持不变，栅源间电压VGS与漏极电流与漏极电流ID的关系曲线，如图的关系曲线，如图1.3所示：所示：图1.2图1.3（4）场效应管特性曲线的测试）场效应管特性曲线的测试 在上图中，先调节在上图中，先调节VDD使使VDS固定在某个数值上，当栅源电压固定在某个数值上，当栅源电压VGS取取不同的电压值时（调节不同的电压

9、值时（调节RW），），ID也将随之改变，利用测得的数据，便也将随之改变，利用测得的数据，便可在可在VGSID直角坐标系上画出如图直角坐标系上画出如图3.2.3的转移特性曲线。当的转移特性曲线。当VDS取不取不同的数值，便可得到另一条特性曲线。同的数值，便可得到另一条特性曲线。ID=0时的时的VGS值为场效应管的夹值为场效应管的夹断电压断电压VP,VGS=0时的时的ID值为场效应管的饱和漏极电流值为场效应管的饱和漏极电流IDSS。RW 漏极特性曲线是当栅源间电压漏极特性曲线是当栅源间电压VGS保持不变时，漏极电流保持不变时，漏极电流ID与漏源间电压与漏源间电压VDS的关系曲线，当的关系曲线，当V

10、DS取不同的数值时便可测出取不同的数值时便可测出与之对应的与之对应的ID值，对于不同的值，对于不同的VGS可以测得多条漏极特性曲线。可以测得多条漏极特性曲线。 晶体管是电流控制器件，作放大器件用时，发射结必须晶体管是电流控制器件，作放大器件用时，发射结必须正偏。场效应管是电压控制器件，正偏。场效应管是电压控制器件，N沟道结型场效应管工作时沟道结型场效应管工作时G、S间必须加反向偏置电压。间必须加反向偏置电压。 结型场效应管有三个电极，即源极结型场效应管有三个电极，即源极S、栅极、栅极G和漏和漏极极D，可以用数字万用表测量二极管导通电压的方法，可以用数字万用表测量二极管导通电压的方法，先把栅极找

11、出，根据栅极相对于源极和漏极都为先把栅极找出，根据栅极相对于源极和漏极都为PN结，结，用类似测量二极管的办法，把栅极找出。根据导通时万用类似测量二极管的办法，把栅极找出。根据导通时万用表表笔极性和栅、源、漏极连接关系判断沟道类型，用表表笔极性和栅、源、漏极连接关系判断沟道类型，若导通时红表笔接公共端栅极，则场效应管为若导通时红表笔接公共端栅极，则场效应管为N沟道型。沟道型。 而结型场效应管的源极和漏极一般可对调使用，所而结型场效应管的源极和漏极一般可对调使用，所以不必区分。测的依据是，源极和漏极之间为一个半导以不必区分。测的依据是，源极和漏极之间为一个半导体材料电阻，用万用表置于电阻挡，分别测

12、量源极对漏体材料电阻，用万用表置于电阻挡，分别测量源极对漏极、漏极对源极的电阻值，它们应该相等。极、漏极对源极的电阻值，它们应该相等。3.场效应管的判别与实验测试场效应管的判别与实验测试 场效应管的种类和系列品种比较多，但它们的场效应管的种类和系列品种比较多，但它们的电路测试原理和测量方法基本相同。在运输和存放电路测试原理和测量方法基本相同。在运输和存放绝缘栅型场效应管时，由于其输入电阻非常高，抗绝缘栅型场效应管时，由于其输入电阻非常高，抗静电能力差，管内不存在保护性元件，一般将它的静电能力差，管内不存在保护性元件，一般将它的三只管脚短路保存，以免静电感应而击穿其绝缘层，三只管脚短路保存，以免

13、静电感应而击穿其绝缘层，待测试电路与其可靠连接后，再把短路线拆除，然待测试电路与其可靠连接后，再把短路线拆除，然后进行测量。测试操作过程应十分细心周密，稍有后进行测量。测试操作过程应十分细心周密，稍有不慎，造成栅极悬空，很可能造成损坏。不慎，造成栅极悬空，很可能造成损坏。 4.场效应管的使用注意事项场效应管的使用注意事项1)静态工作点的测试静态工作点的测试 上图为场效应管共源极放大器实验电路图。该电路采用的自给偏上图为场效应管共源极放大器实验电路图。该电路采用的自给偏压的方式为放大器建立静态工作点，栅极通过压的方式为放大器建立静态工作点，栅极通过R1接地，因接地，因R1中无电流中无电流流过，所

14、以栅极与地等电位。即流过，所以栅极与地等电位。即VG=0，可用万用表测出静态工作点，可用万用表测出静态工作点IDQ和和VDSQ值。值。V Vi iR R2M2M1K1K100100+ + 5K 5K1K1KD DS SG GV VR R10K10KV V(12V)(12V)DDDD0 0R RD DL Ls sR R1 10.022u0.022u10u10u47u47u5.场效应管的基本应用场效应管的基本应用: 共源极放大器共源极放大器图3-7（1） 输入阻抗的测量输入阻抗的测量 上图是伏安法测试放大电路的连接图。其在输入回路中串接一取上图是伏安法测试放大电路的连接图。其在输入回路中串接一取样

15、电阻样电阻R，输入信号调整在放大电路用晶体管毫对地的交流电压，输入信号调整在放大电路用晶体管毫对地的交流电压VS与与Vi，这样求得两端的电压为，这样求得两端的电压为VR=VSVi，流过电阻，流过电阻R的电流实际就是的电流实际就是放大电路的输入电流放大电路的输入电流Ii。 根据输入电阻的定义得根据输入电阻的定义得放大器放大器R RR R被测被测信号信号发生器发生器示波器示波器晶体管晶体管毫伏表毫伏表L Li iI IS SR Ri iI IR RV VV Vi iiiisisiVV RRVVVVR）输入输出阻抗的测试）输入输出阻抗的测试2）输出阻抗的测量）输出阻抗的测量 放大器输出阻抗的大小，说

16、明该放大器带负载的能力。放大器输出阻抗的大小，说明该放大器带负载的能力。用伏安法测试放大电路的输出阻抗的测试电路如下图所示。用伏安法测试放大电路的输出阻抗的测试电路如下图所示。放大器输出阻抗的大小，说明该放大器带负载的能放大器输出阻抗的大小，说明该放大器带负载的能 力。力。用伏安法测试放大电路的输出阻抗的测试电路如下图所示。用伏安法测试放大电路的输出阻抗的测试电路如下图所示。R RR R晶体管晶体管毫伏表毫伏表信号信号发生器发生器被测被测放大器放大器示波器示波器K KL LV V0 0 输入信号的频率仍选择在放大电路的中频段，输入信号的频率仍选择在放大电路的中频段，输入信号的大小仍调整到确保输

17、出信号不失真为条输入信号的大小仍调整到确保输出信号不失真为条件，因此仍须用示波器监视输出信号的波形。件，因此仍须用示波器监视输出信号的波形。 第一步在不接负载第一步在不接负载RL的情况下，用毫伏表的情况下，用毫伏表测得输出电压测得输出电压V01。 第二步在接上负载第二步在接上负载RL的情况下，用毫伏表的情况下，用毫伏表测得输出电压测得输出电压V02。则。则LOOOLLOOORVVRRRRVV) 1(2112 前面讲了一般放大器输入阻抗的测量方法，下面以场效应管前面讲了一般放大器输入阻抗的测量方法，下面以场效应管源极跟随器为例，介绍高输入放大器的输入阻抗的测试方法。源极跟随器为例，介绍高输入放大

18、器的输入阻抗的测试方法。 类似于源极跟随器这样的高输入阻抗放大器的输入阻抗往往可类似于源极跟随器这样的高输入阻抗放大器的输入阻抗往往可以等效成一个输入电阻以等效成一个输入电阻Z和一个输入电容的并联形式，因和一个输入电容的并联形式，因此，必须分辨测出和的值才能确定输入阻抗的值。此，必须分辨测出和的值才能确定输入阻抗的值。 测量，由于被测电路的输入阻抗很高，可以和毫伏表的测量，由于被测电路的输入阻抗很高，可以和毫伏表的输入阻抗相比拟，若将毫伏表直接接到被测放大电路的输入端，输入阻抗相比拟，若将毫伏表直接接到被测放大电路的输入端，会引起严重的测试误差为了减少小毫伏表并联接入引起的测量会引起严重的测试

19、误差为了减少小毫伏表并联接入引起的测量误差，要求毫伏表的输入电阻远大于被测电路的输入电阻，一般误差，要求毫伏表的输入电阻远大于被测电路的输入电阻，一般要求大于倍以上对于一般的毫伏表来说，是无法满足这样要求大于倍以上对于一般的毫伏表来说，是无法满足这样的要求的但是被测电路是一的源极跟随器具有高输入阻抗，的要求的但是被测电路是一的源极跟随器具有高输入阻抗，低输出阻抗的特点，因而，可以不直接测试放大电路的输入电压，低输出阻抗的特点，因而，可以不直接测试放大电路的输入电压，而是测其输出电压。而是测其输出电压。3）高输入阻抗）高输入阻抗的测试的测试. 如图如图. . .所示，电路中串入一个阻值较大的取样

20、电阻所示，电路中串入一个阻值较大的取样电阻R R，测试时先将电，测试时先将电阻短路，测出放大器的输出电压，阻短路，测出放大器的输出电压，i i再拆除的短路线，再拆除的短路线，测出输出电压测出输出电压，则由于两次测试中和，则由于两次测试中和i i都不变，从而可以从上面两都不变，从而可以从上面两方程中求得放大电路的输入电阻为方程中求得放大电路的输入电阻为020102URiRUU021RiUAu URiR（1）结型场效应管的特性曲线测试）结型场效应管的特性曲线测试 a.转移特性曲线测试转移特性曲线测试 按上图接线按上图接线,调节调节VDD使使VDS=5V，然后调节，然后调节RW（10K）电位器，分别

21、使电位器，分别使VGS为为0V ,0.1V , 0.2V ，0.3 v,0.4V ,0.5V , 0.6V , 1 V ,2 V, 相应测出对应的各个漏极电相应测出对应的各个漏极电流流ID并记录之，在坐标纸上画出一条并记录之，在坐标纸上画出一条VDS=5V的转换特性曲线。的转换特性曲线。1.基本要求基本要求RW b. 结型场效应管漏极特性曲线测试结型场效应管漏极特性曲线测试 调节调节Rw电位器，固定电位器，固定VGS=0V,调节调节VDD分别使场效应分别使场效应 管漏源电压管漏源电压VDS为为0V， 1V，2V，4V，6V，8V,10V，测出，测出各对应的各对应的ID值，然后在坐标纸上将各点连

22、成一条光滑值，然后在坐标纸上将各点连成一条光滑 的曲线。即可得的曲线。即可得VGS=0V时的一条漏极特性曲线。时的一条漏极特性曲线。 c. 调节调节RW，分别固定，分别固定VGS为为0.3V，0.5V，重复上述，重复上述 步骤，即可得出步骤，即可得出VGS=0.3V，VGS=0.5V时的另外两条时的另外两条特性曲线。特性曲线。 d. 跨导跨导gm的测试的测试 根据转移特性曲线数值，求出根据转移特性曲线数值，求出VGS在在-0.1v和和-0.2v之间时之间时的跨导：的跨导： 2121GSGSDDGSDmVVIIVIg（2）按照本课件图）按照本课件图3-7连接一个结型场效应管共源连接一个结型场效应

23、管共源放大电路。调节放大电路。调节Rs使使VGSQ=-0.2V，测量并记录，测量并记录VDSQ、IDQ。已知输入正弦波信号有效值已知输入正弦波信号有效值 Vi=150mv f=1000HZ VDD=12V RL=20k，选选2SK163（N沟道耗尽型场效应管）。沟道耗尽型场效应管）。（3）测量电路的放大倍数）测量电路的放大倍数Av、输入阻抗、输入阻抗Ri、输出、输出阻抗阻抗Ro并记录。并记录。四、实验仪器四、实验仪器 1直流稳压电源直流稳压电源 1台台 2函数信号发生器函数信号发生器 1台台 3双踪示波器双踪示波器 1台台 4晶体管毫伏表晶体管毫伏表 1台台 5万用表万用表 1只只五、预习要求

24、实验报告五、预习要求实验报告 1复习场效应管的内部结构、组成及特点。复习场效应管的内部结构、组成及特点。 2复习场效应管放大电路的工作原理。复习场效应管放大电路的工作原理。 3比较场效应管放大器与晶体管放大器的特点。比较场效应管放大器与晶体管放大器的特点。 4通过实验测得的放大倍数通过实验测得的放大倍数Av、输入电阻、输入电阻 Ri、输出电阻输出电阻R0与理论值进行比较。与理论值进行比较。 5分析分析RS和和RD对放大器的性能有何影响。对放大器的性能有何影响。六、实验与思考题六、实验与思考题 1.测量场效应管的输入电阻测量场效应管的输入电阻Ri时，应考虑哪些因时，应考虑哪些因 素素?为什么为什么?2.为什么实验电路中场效应管输入端的耦合为什么实验电路中场效应管输入端的耦合(隔直隔直)电电容容 C1只要只要0.02F左右左右(它比晶体管的耦合电容要小它比晶体管的耦合电容要小得多得多)。3.为什么场效应管电压放大器的放大倍数一般没有晶为什么场效应管电压放大器的放大倍数一般没有晶体管的电压放大倍数大体管的电压放大倍数大?