自制MOSFET特性与参数测试装置毕业设计论文.doc

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1、毕 业 设 计 论 文自制MOSFET特性与参数测试装置 指导老师姓名： 专 业 名 称：应 用 电 子 技 术 _班 级 学 号： 10171134 论文提交日期： 2012年12月09日 论文答辩日期： 2012年12月10日 2012年 12月 09日 【摘要】：MOS管的应用，目前与我们的日常生活息息相关，如现代电子计算机、超大规模集成电路、数码相机、开关电源、LED照明领域、逆变电源，控制电路、液晶电视、数码音响、热释电传感器等就是以场效应管为基本器件构成和发展起来的。然而由于场效应管栅极河沟道之间的绝缘层易被电压击穿，特别是栅源之间的耐压只有几十伏，电流也仅为微安级，所以在拆、装、

2、存、测过程中，都必须将栅源极短路。因此，本项目就是为了解决这一问题而进行实验，设计出一个好的测试电路，以保护场效应管在实验测量中的损坏。【关键词】：MOS管、仿真、实验、测试、保护Abstract ：The application of MOS pipe, is connected with our daily life, such as modern electronic computer, very large scale integrated circuit, switching power supply, digital camera, LED lighting field, inve

3、rter, control circuit, LCD TV, digital audio, pyroelectric sensor is based on field effect tube as the basic components and developed. However as a result of FET gate brook road between the insulating layer is easy to breakdown voltage, especially between gate and source of pressure of only a few te

4、ns of volts, current only microampere stage, so in the demolition, assembly, storage, test process, must be the gate source short-circuit. Therefore, this project is to solve this problem and to experiment, to design a good test circuit, in order to protect the field effect tube in the experimental

5、measurement of damage.keyword: MOS tube, experiment, testing, simulation circuit目 录第一章 绪论1第二章 场效应管的特性与工作原理22.1 MOSFET管的相关知识简介22.1.1场效应管的命名方法22.1.2场效应管的外观22.1.3场效应管的主要作用22.1.4 场效应管基本特点32.1.5 场效应管的主要参数32.1.6 场效应管与晶体管在电器特性方面的主要区别与选用42.2 场效应管的分类42.2.1 结型场效应管（JFET）42.2.2 绝缘栅型场效应管（MOSFET）52.3 2N7000的介绍52.

6、3.1 2N7000的外观与内部结构62.3.2 2N7000特性曲线62.4 场效应管的工作原理62.4.1 结型场效应管的工作原理(以N沟道结型场效应管为例)62.4.2 绝缘栅型场效应管的工作原理(以N沟道增强型MOS场效应管为例)62.4.3 场效应管的特性与曲线表征7第三章 万用表简单测试场效应管93.1 使用万用表简单测试JFET管93.1.1 判定栅极93.1.2 用感应信号法测JFET管放大能力93.1.3 测反向电阻值的变化判断跨导的大小93.2 内部带二极管保护MOS场效应管的测量103.2.1绝缘栅型场效应管实用检测方法与技巧103.2.2 PMOS管与NMOS的判别测量

7、11第四章 MOS场效应管特性测试电路的设计与PCB板制作124.1 MOS管实验电路设计124.1.1 实验电路设计原理分析124.1.2 MOS管实验电路测试134.1.3 MOS管实验电路的仿真实验154.1.4 MOS管实验电路设计电路二（二极管保护）174.1.5 MOS管实验电路设计电路三（开关加二极管）184.2 PCB板的设计与制作194.2.1 PCB板的制作过程194.2.2 PCB布线图194.2.3 PCB板布线的注意事项204.2.4 电路板的装配注意事项20结 论22致 谢23参考文献24附录 A25附录 B26毕业设计论文 第一章 绪论场效应管是一种电压控制半导体

8、器件，应用非常广泛。目前与我们的日常生活高度相关，如现代电子计算机、超大规模成电路、数码相机、开关电源、控制电路、液晶电视、数码音响、热释电传感器等就是以场效应管为基本器件构成和发展起来的。MOS场效应管由于特殊的结构和工艺，其栅极与导电沟道没有电接触，即绝缘的，故它的输入电阻很高，可达109以上，工作时几乎栅极不取电流，又栅-源极间电容非常小，极易受外界电磁场或静电的感应而带电，而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压（U=Q/C），将管子损坏。通俗地说，MOS场效应管比较“娇气”。因此MOS场效应管出厂时各管脚都绞合在一起，或装在金属箔内，使G极与S极呈等电位，防止积累静电荷。管子不用时

9、，全部引线也应短接。在测量时应格外小心，并采取相应的防静电感措施。“模拟电子技术与实践”是一门重要的专业技术基础课，场效应管是其中重要的章节，也是学习者较为难以理解的章节，其中放大原理和主要参数辅以实验来化解和提高学习效率是行之有效的方法。但由于目前MOS场效应管的实验装置普遍存在弊端，即实验装置没有充分考虑到场效应管易损的因素，即实验者误操作、带电连接电路、焊接电路，造成实验中场效应管大量损坏，导致实验不能顺利完成，乃至正常开展。经调查，目前高校开展MOS场效应管测试实验的较少，无法深入甚至放弃。针对上述问题本文设计出3种解决方案，即带开关保护装置的MOS场效应管测试电路、带二极管保护装置的

10、MOS场效应管测试电路、带开关和二极管双重保护的MOS场效应管测试电路。通过仿真测试、真实测试效果显著，制作的测试电路简单可靠，达到了预计的设计效果。克服了MOS场效应管实验装置存在的弊端。第二章 场效应管的特性与工作原理场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高（108109）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。2.1 MOSFET管的相关知识简介2.1.1场效应管的命名方

11、法（1）第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型P沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。 （2）第二种命名方法是CS#，CS代表场效应管，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。2.1.2场效应管的外观2.1.3场效应管的主要作用（1）场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。（2）场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大

12、器的输入级作阻抗变换。 （3）场效应管可以用作可变电阻。 （4）场效应管可以方便地用作恒流源。 （5）场效应管可以用作电子开关。2.1.4 场效应管基本特点场效应管属于电压控制元件，这一特点类似于电子管，但它的构造与工作原理和电子管是截然不同的，与双极型晶体管相比，场效应管具有如下特点。 （1）场效应管是电压控制器件，它通过UGS来控制ID； （2）场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很大。 （3）它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好； （4）它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数； （5）场效应管的抗辐射能力强； （6）由于不存在杂乱运动的少子扩

13、散引起的散粒噪声，所以噪声低。2.1.5 场效应管的主要参数（1）开启电压uT和夹断电压uP它指uDS一定时，使漏极电流iD等于某一微小电流时栅、源之间所加的电压uGS，对于增强型MOS管称为开启电压uT，对于耗尽型MOS管称为夹断电压uP。（2）饱和漏极电流IDSSIDSS是耗尽型管子的参数，指工作在恒流区的耗尽型场效应管在uGS0时的饱和漏极电流。（3）直流输入电阻RGSRGS指漏、源极间短路时，栅、源之间所加直流电压与栅极直流电流之比。一般JFET的RGS，而MOS管的RGS。（4）低频跨导(互导)gm当uDS为某定值时，漏极电流iD的变化量和引起它变化的uGS变化量之比，即，gm反映了

14、uGS对iD的控制能力，是表征场效应管放大能力的重要参数，单位为西门子（S），一般为几毫西门子（mS）。gm的值与管子的工作点有关。（5）极限参数最大漏极电流IDM：指管子在工作时允许的最大漏极电流。最大耗散功率PDM： PDMuDSiD，其值受管子的最高工作温度的限制。漏源击穿电压U（BR）DS：是漏、源极间所能承受的最大电压，即uDS增大到使iD开始急剧上升(管子击穿)时的uDS值。栅源击穿电压U（BR）GS：指栅、源极间所能承受的最大电压。uGS值超过此值时，栅源间可能发生击穿。2.1.6 场效应管与晶体管在电器特性方面的主要区别与选用（1）场效应管是电压控制器件，管子的导电情况取决于栅

15、极电压的高低。晶体管是电流控制器件，管子的导电情况取决于基极电流的大小。 （2）场效应管漏源静态伏安特性以栅极电压UGS为参变量，晶体管输出特性曲线以基极电流Ib 为参变量。 （3）场效应管电流IDS与栅极UGS之间的关系由跨导gm 决定，晶体管电流Ic与Ib 之间的关系由放大系数决定。也就是说，场效应管的放大能力用gm 衡量，晶体管的放大能力用衡量。 （4）场效应管的输入阻抗很大，输入电流极小；晶体管输入阻抗很小，在导电时输入电流较大。 （5）一般场效应管功率较小，晶体管功率较大。（6）场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信

16、号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管2.2 场效应管的分类场效应管分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅场效应管（MOS管）两大类。按沟道材料型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种；按导电方式：耗尽型与增强型，结型场效应管均为耗尽型，结型场效应管也具有三个电极，它们是：栅极；漏极；源极。电路符号中栅极的箭头。绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。 场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管，而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。它是由金属、氧化物和半导体所组成，所以又称为金属氧化物半导体场效应管，简称MOS场效应管 耗尽型NMO

17、S管的结构示意图。2.2.1 结型场效应管（JFET）结型场效应管有两种结构形式，它们是N沟道结型场效应管和P沟道结型场效应管。结型场效应管也具有三个电极，在一块N型硅棒两端各引出一个电极，一端称为源极s，另一端称为漏极d；在N型硅棒两侧分别扩散一个高浓度杂质的P型区，形成两个PN结，把两个P型区相连后引出一个电极，称为栅极g,就构成结型场效应管。工作时，内部两个PN结加的是反偏电压。由图可见，漏极d和源极s之间只有由N型半导体构成的导电沟道是电流流通的路径。这种由N型半导体构成导电沟道的管子叫做N沟道结型场效应管。 2.2.2 绝缘栅型场效应管（MOSFET）绝缘栅型场效应管简称MOS管，是

18、一种栅极与源极、漏极之间有绝缘层的场效应管，与结型场效应管相比，它输入电阻高、噪声更小，绝缘栅型晶体管分增强型、耗尽型两类，每类又有P沟道和N沟道两种。 耗尽型NMOS管的结构示意图（a）N沟道 （b）P沟道 耗尽型NMOS管和PMOS管的符号增强型NMOS管的结构示意图（a）N沟道 （b）P沟道 增强型NMOS管和PMOS管的符号2.3 2N7000的介绍2.3.1 2N7000的外观与内部结构图2.3.12.3.2 2N7000特性曲线图2.3.22.4 场效应管的工作原理2.4.1 结型场效应管的工作原理(以N沟道结型场效应管为例)由于PN结中的载流子已经耗尽，故PN基本上是不导电的，形

19、成了所谓耗尽区，当漏极电源电压ED一定时，如果栅极电压越负，PN结交界面所形成的耗尽区就越厚，则漏、源极之间导电的沟道越窄，漏极电流ID就愈小；反之，如果栅极电压没有那么负，则沟道变宽，ID变大，所以用栅源电压UGS可以控制漏极电流ID的变化，就是说，场效应管是电压控制元件。 2.4.2 绝缘栅型场效应管的工作原理(以N沟道增强型MOS场效应管为例)利用UGS来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。在制造管子时，通过工艺使绝缘层中出现大量正离子，故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷，这些负电荷把高渗杂质的N区接通，形成了导电沟道，即

20、使在UGS=0时也有较大的漏极电流ID。当栅极电压改变时，沟道内被感应的电荷量也改变，导电沟道的宽窄也随之而变，因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。 场效应管的工作方式有两种：当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗尽型；当栅压为零，漏极电流也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。 2.4.3 场效应管的特性与曲线表征(1)转移特性：转移特性是指当漏源电压uDS为某一定值时，漏极电流与栅源电压的关系。该曲线反映了对的控制作用。若uGS在0uP之间，则恒流区的转移特性可用下式近似表示:。栅极电压对漏极电流的控制作用称为转移特性。(2)输出特性：是指当栅源电压uGS为某一定值时，漏

21、极电流iD与漏源电压uDS之间的关系。即 为了在二维平面上绘出它们的关系曲线。N JFET的特性曲线 N沟道增强型MOS管的特性曲线(3) 输出特性曲线上可分为四个区域。a.可变电阻区当uGS不变时，uDS由零逐渐增加且较小时，iD随uDS增加而线性上升，漏源之间可视为一个线性电阻，工作在这一区域的场效应管可看成一个受栅源电压控制的可变电阻，所以该区称为可变电阻区。b.恒流区或饱和区在此区域中，iD不随uDS增加而增加，而是随着uGS的增大而增大，即iD受uGS的控制。当JFET用在放大电路中时，就工作在这一区域，因此该区又被称为线性放大区。c.击穿区随着uDS的继续增大，PN结将因反向电压而

22、击穿，管子处于击穿状态，iD急剧增大，所以这个区域称为击穿区。由于击穿时管子不能正常工作且容易烧毁，因此FET不允许工作在这个区域。d.夹断区当uGSuP时，沟道被全部夹断，。图中靠近横轴的部分，就是夹断区，它相当于三极管的截止区。21 第三章 万用表简单测试场效应管3.1使用万用表简单测试JFET管场效应管的栅极相当于晶体管的基极，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。将万用表置于R1k档，用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。档某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为K时，则这两个管脚为漏极D和源极S（可互换），余下的一个管脚即为栅极G。对于4个管脚的结型场效应管，另外一极是屏蔽极

23、（使用中接地）。3.1.1 判定栅极用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻值都很小，说明均是正向电阻，该管属于N沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以区分。源极与漏极间的电阻约为几千欧。3.1.2 用感应信号法测JFET管放大能力用万用表电阻的R100档，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，给场效应管加上1.5V的电源电压，此时表针指示出的漏源极间的电阻值。然后用手捏住结型场效应管的栅极G，将人体的感应电压信号加到栅极上。这样，由于管的放大作用，漏源电压UDS和漏极电流I

24、b都要发生变化，也就是漏源极间电阻发生了变化，由此可以观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极表针摆动较小，说明管的放大能力较差；表针摆动较大，表明管的放大能力大；若表针不动，说明管是坏的。3.1.3 测反向电阻值的变化判断跨导的大小测反向电阻值的变化判断跨导的大小，对VMOSN沟道增强型场效应管测量跨导性能时，可用红笔接源极S、黑笔接漏极D，这就相当于在源、漏极之间加了一个反向电压。此时栅极是开路，管的反向电阻值是很不稳定的。将万用表的欧姆档选在R10k的高阻档，此时表内电压较高。当用手接触栅极G时，会发现管的反向电阻值有明显地变化，其变化越大，说明管的跨导值越高；如果被测管的跨导很小，用此

25、测法时，反向阻值变化不大。3.2 内部带二极管保护MOS场效应管的测量N沟道的有国产的3D01，4D01，日产的3SK系列。G极（栅极）的确定：利用万用表的二极管档。若某脚与其他两脚间的正反压降均大于2V，即显示“1”，此脚即为栅极G。再交换表笔测量其余两脚，压降小的那次中，黑表笔接的是D极（漏极），红表笔接的是S极（源极）。 3.2.1绝缘栅型场效应管实用检测方法与技巧由于输入阻抗极高，MOSFET管栅极微量感应电荷产生的电势足以击穿绝缘层而损坏器件。过去许多介绍绝缘栅型场效应管的资料中，一般都需要用捆扎(短接)器件的三只管脚，待MOS管焊接到电路板之后再剪去捆扎线如图1所示，使用非常烦琐。

26、目前大多数MOS管，尤其是功率型MOS管，内部集成有完善的保护环节，使用起来与双极型三极管一样方便。不过，保护单元的存在却又使得MOS管内部结构变得更加复杂，测试方法也与传统双极型三极管大相径庭。MOS管内部的保护环节有多种类型，这就决定了测量过程存在着多样性，常见的NMOS管内部结构如图3、图4所示。图3、图4所示NMOS管的D-S间均并联有一只寄生二极管(InternalDiode)。与图3稍有不同，图4所示NMOS管的G-S之间还设计了一只类似于双向稳压管的元件保护二极管，由于保护二极管的开启电压较高，用万用表一般无法测量出该二极管的单向导电性。因此，这两种管子的测量方法基本类似，具体测

27、试步骤如下：aMOS管栅极与漏、源两极之间绝缘阻值很高，因此在测试过程中G-D、G-S之间均表现出很高的电阻值。而寄生二极管的存在将使D、S两只管脚间表现出正反向阻值差异很大的现象。选择指针万用表的R1k挡，轮流测试任意两只管脚之间的电阻值。当指针出现较大幅度偏转时，与黑笔相接的管脚即为NMOS管的S极，与红笔相接的管脚为漏极D，剩余第3脚则为栅极G，如图5所示。b短接G、D、S三只电极，泄放掉G-S极间等效结电容在前面测试过程中临时存储电荷所建立起的电压UGS。图4所示MOS管的G-S极间接有双向保护二极管，可跳过这一步。c万用表电阻挡切换到的R10k挡(内置9V电池)后调零。将黑笔接漏极D

28、、红笔接源极S，经过上一步的短接放电后，UGS降为0V，MOS管尚未导通，其D-S间电阻RDS为，故指针不会发生偏转，如图6所示。d有以下两种方法能够对MOS管的质量与性能作出准确的判断：1）用手指碰触G-D极，此时指针向右发生偏转，如图7所示。手指松开后，指针略微有一些摆动。2）用手指捏住G-S极，形成放电通道，此时指针缓慢回转至电阻的位置，如图8所示。3.2.2 PMOS管与NMOS的判别测量PMOS管的测量原则和方法与NMOS管类似，在测量过程中应注意将表笔的顺序颠倒。对于型号不明的MOS管，通过检测单向导电性往往只能判断出其中哪一只管脚为栅极，而不能直接识别管子的极性和D、S极。对此，

29、合理的测试方法如下：（1）万用表取R1k挡，在观察到单向导电性之后，交换两只表笔的位置；（2）将万用表切换至R10k挡，保持黑笔不动，将红笔移到栅极G停留几秒后再回到原位，若指针出现满偏，则该元件为PMOS管，且黑笔所接管脚为源极S、红笔所接为漏极D；（3）若第2步指针没有发生大幅度偏转，则保持红笔位置不变，将黑笔移到栅极G停留几秒后回到原位，若指针满偏则管子类型为NMOS，黑笔所接管脚为漏极D、红笔所接为源极S。MOS管的种类较多，测试方法也不尽相同，实际工作中需要在充分掌握上述测试原则的基础上灵活地选择合适的测试方法。第四章 MOS场效应管特性测试电路的设计与PCB板制作4.1 MOS管实

30、验电路设计4.1.1 MOS管实验电路设计电路一4.1.2 实验电路设计原理分析该电路突出的地方是在共源电路的基础上增加了一个保护开关，一个四刀双掷开关，这个开关起到保护MOS管的作用，在通常不做实验的时候，保护开关闭合，MOS管的三个引脚D、G、S连到地起，防止因静电损坏MOS管。MOS管因输入阻抗很高，如果MOS管上带有静电，很容易损坏MOS管，此时，MOS管的漏极D、栅极G和源级S通过保护开关同时接地，管子上所带电静电可以泄放掉，可以很好地保护MOS管。焊接MOS管时，应选用防静电烙铁。如果用普通电烙铁，待电烙铁加热后，拔下电烙铁再进行焊接。开始做实验的时候，保护开关断开，MOS管的三个

31、引脚D、G、S断开接地，该电路即可做实验，电路设计简单实用。如图1、2所示。图1 MOS共源实验电路图图2 MOS管分压式共源实验原理图4.1.3MOS管实验电路测试（1）静态工作点测量根据电路图2，调节W，500K电位器，可以改变电路的静态工作点。适当调节电位器W，测量静态工作点，测量数据见表1。由于MOS管输入阻抗很高，IG几乎为零，一般用数字万用表是测量不出来的。 表1 静态工作点测量数据UD（V）UG（V）US（V）UGS（V）ID（mA）6.12.94.26-1.731.8（2） 输入转移特性测试根据电路图1，进行了输入转移特性的测试。UGS的变化引起ID的变化关系。测量的数据见表2

32、。 表2 UGS与ID数据的测量UGS（V）00.11.31.51.61.82.02.12.32.5ID（mA）00.00010.00650.1390.5304.20013.7015.1915.3915.43根据表2测量的数据，绘制出输入转移特性曲线，绘制曲线用Oringin8软件，绘制的输入转移特性曲线由图3所示。UGS=1.8VUGS=1.6V 图3 输入转移特征曲线图 图4 输出特性曲线图（3）输出特性测试：根据电路图1，调节可变电源E1，使UGS分别为0V、1.2V、1.4V、1.6V、1.8V时，再调节可变电源E2，使UDS分别为0V、0.1V、0.2V、0.3V、0.5V、1.0V

33、、5.0V、15.0V时，测量ID的数值。测量的数据见表3。 UDS（V）00.10.20.30.51.05.010.015.0UG=0VID（mA）000000000UGS=1.2VID（mA）0.00010.00130.00130.00130.00140.00150.00150.00160.0018UGS=1.4VID（mA）0.00050.01430.01620.01640.01660.01690.01820.01990.0212UGS=1.6VID（mA）0.00090.08870.11870.17160.36400.43000.47500.52600.5860UGS=1.8VID（m

34、A）0.00102.7603.4803.7303.9104.1404.8005.3405.830表3 输出特性的数据测量根据表格3测量的数据，绘制出特性曲线，绘制曲线用Oringin8软件，绘制的输出特性曲线上取UGS1.6V和UGS1.8V两条簇线，绘制的输出特性曲线由图4所示。（4） MOS管放大电路放大倍数测量根据电路图2，适当调节500K电位器W，调整好静态工作点，在放大器的输入端加上输入信号，正弦波，频率f=1000Hz，幅度Ui20mV（毫伏表测量），测量输出幅度Uo=260mV(毫伏表测量)。MOS管电路放大倍数： 由此可见，分压式共源形式的场效应管的电压放大倍数是不高的，不像共

35、集电极的晶体三极管的电压放大倍数高。场效应管的电压放大倍数虽然不高，但它的噪声系数小，热稳定性好，输入阻抗很高。MOS管放大电路输入和输出波形测量（用数字示波器测量），测量的输入和输出电压波形见图5。输入信号与输出信号波形相差180（反相），输入信号的峰峰值为6.32mV，输出信号的峰峰值为74.4mV。图5 数字示波器测量的信号输入和输出波形4.1.4 MOS管实验电路的仿真实验计算机辅助设计是对电路设计的一种补充，电路仿真实验可以进一步提高我们实验的可靠性和实用性。为进一步证明MOS管实验电路的可行性，用Multism2001仿真软件作了仿真实验，说明MOS管实验电路完全可行。以下是我们利

36、用Multism2001仿真软件设计的MOS管实验电路，经过仿真电路的试验，电路完全可行，然后根据仿真电路安装实际的MOS管实际的实验电路，经过实际电路的调试和完善，最后完成实际的MOS管实验电路。（1）MOS管共源仿真实验电路图6 MOS管共源仿真实验电路（2）MOS管分压式仿真实验电路图7 MOS管分压式仿真实验电路（3）输入转移特性测试：根据仿真电路图6，测量输入电路的测量数据。测量数据见表格4。表4 UGS与ID数据的测量UGS（V）1.02.02.12.22.32.42.52.62.72.83.05.5ID（mA）000.5022.0144.5318.05512.58514.6451

37、4.72714.77114.82214.932（4）绘制输入转移特性曲线根据仿真电路图测量的数据，见表4，绘制输入转移特性曲线，绘制曲线用Oringin8软件，绘制的输入转移特性曲线由图8所示。（5）输出转移特性曲线测试根据仿真电路图7，测量输出特性的相关数据。测量数据见表5。表5 输出特性测量的数据UDS（V）00.10.20.30.5151015UGS=0ID（mA）000000000UGS=2.2VID（mA）01.4992.0142.0142.0142.0142.0142.0142.014UGS=2.4VID（mA）03.4005.9007.4608.0568.0568.0568.05

38、68.056UGS=2.6VID（mA）05.2209.60013.10017.39018.11918.11918.11918.119UGS=2.8VID（mA）06.96013.13018.49026.67032.19832.19832.19832.198（6）绘制输出转移特性曲线根据仿真电路图测量的数据，见表5，绘制输入转移特性曲线，绘制曲线用Oringin8软件，绘制的输入转移特性曲线由图9所示。 图8 输入转移特性曲线图 图9 输出特性曲线图（7）用仿真软件测量放大电路电压波形Multism2001仿真软件是一种非常实用的软件，利用Multism2001仿真软件设计的电路，均可用软件对

39、电路进行仿真，以检验电路设计的正确性。我用Multism2001仿真软件对设计的电路进行了输入和输出波形的测量，测量的电压波形见图10。通过电路仿真非常方便实用。通过图10显示的仿真波形，可以看出输入和输出波形的相位关系，相差180。另外，从下面的显示的数值，可以算出放大器的电压放大倍数。图10 仿真示波器显示的输入和输出电压波形图4.1.5 MOS管实验电路设计电路二（二极管保护）（1）原理图:（2）保护原理：我们都知道MOS场效应管的输入电阻很高，而栅-源极间电容又非常小，极易受外界电磁场或静电的感应而带电，因而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压（U=Q/C），将管子损坏。因此在电路

40、中加入稳压管，利用稳压管的特性，使其电压能够稳定在某一安全范围之内，这样就能防止MOS场效应管的损坏。4.1.6 MOS管实验电路设计电路三（开关加二极管）（1）双重保护原理图：（2）保护原理： 利用稳压管和开关对MOS场效应管进行双重保护，其优点之一就是在未进行测试时，开关就是属于闭合状态，从外部最先给MOS场效应管短路保护。当测量时，短路保护解除，再进行测试，由于设置了二极管保护电路，可以有效以防止在测试时由于人为操作失误或电路焊接时损坏MOS管。4.2 PCB板的设计与制作电路板的制作采用Prote2004软件先绘制原理图，自己特有的元器件要自己绘制原理图库、封装库。确认无误后，再根据原

41、理图将各元器件导入电路板，元件要放置合理，采用软件自动布线，将不合理的线改掉，手动布线前将地线、电源线规格加粗，最后覆铜，DRC检查无错误报告后完成制作。4.2.1 PCB板的制作过程PCB主要设计流程如图4.2.1所示绘制电路原理图规划电路板设置参数装入网络表和元件元件的布局手动布线调整文件的保存及输出图4.2.14.2.2 PCB布线图(1)二极管保护的场效应管PCB布线图 （2）双重保护的场效应管PCB布线图 4.2.3 PCB板布线的注意事项（1）尽量避免信号线近距离平衡走线。（2）电源线和地线的布线要短、粗，避免形成环路。（3）引脚间走线越短越好。（4）需要转折时，不要使用直角，可用

42、45度或圆弧转折。（5）在布线过程中，应尽量减少过孔。（6）在版面允许的情况下，接地线应尽量的宽。4.2.4 电路板的装配注意事项（1）为了安全使用场效应管，在线路的设计中不能超过管的耗散功率，最大漏源电压、最大栅源电压和最大电流等参数的极限值。 （2）各类型场效应管在使用时，都要严格按要求的偏置接入电路中，要遵守场效应管偏置的极性。如结型场效应管栅源漏之间是PN结，N沟道管栅极不能加正偏压；P沟道管栅极不能加负偏压，等等。（3）MOS场效应管由于输入阻抗极高，所以在运输、贮藏中必须将引出脚短路，要用金属屏蔽包装，以防止外来感应电势将栅极击穿。尤其要注意，不能将MOS场效应管放入塑料盒子内，保

43、存时最好放在金属盒内，同时也要注意管的防潮。 （4）为了防止场效应管栅极感应击穿，要求一切测试仪器、工作台、电烙铁、线路本身都必须有良好的接地；管脚在焊接时，先焊源极；在连入电路之前，管的全部引线端保持互相短接状态，焊接完后才把短接材料去掉；从元器件架上取下管时，应以适当的方式确保人体接地如采用接地环等；当然，如果能采用先进的气热型电烙铁，焊接场效应管是比较方便的，并且确保安全；在未关断电源时，绝对不可以把管插人电路或从电路中拔出。以上安全措施在使用场效应管时必须注意。 （5）在安装场效应管时，注意安装的位置要尽量避免靠近发热元件；为了防管件振动，有必要将管壳体紧固起来；管脚引线在弯曲时，应当大于根部尺寸5毫米处进行，以防止弯断管脚和引起漏气等。（6）结型场效应管的栅源电压不能接反，可以在开路状态下保存，而绝缘栅型场效应管在不使用时，由于它的输入电阻非常高，须将各电极短路，以免外电场作用而使管子损坏。 （7）焊接时，电烙铁外壳必须装有外接地线，以防止由于电烙铁带电而损坏管子。对于少量焊接，也可以将电烙铁烧热后拔下插头或切断电源后焊接。特别在焊接绝缘栅场效应管时，要按源极漏极栅极的先后顺序焊接，并且要断电焊接。 （8