实验6-结型场效应管共源放大电路实验

实验6JFET-CS放大电路测试报告班级：姓名：实验目的：学习了解场效应晶体管放大电路的基本结构、原理、测试过程。通过实验、仿真，了解JFET主要参数的获取、电路的静态工作点、增益等参数的计算和测试方法。实验设备及器件：笔记本电脑（软件环境：Multisim13.0、WaveForms2015）AD2口袋仪器电容：0.1μF（独石或瓷片等无极性电容）10μF（电解电容）电阻：300Ω、1kΩ、10kΩ、100kΩFET：2SK30A（或其他JFET，封装为TO-92）面包板、杜邦线实验内容：电路如图6.1所示。0.1100k230SKA++ivov1R2R3R1C2C10300LR10k+5V1k图6.1实验电路1.测量FET的主要参数（Voff、IDSS）鉴于FET参数非常分散，例如2SK30A，其后缀为GR(2SK30AGR)漏极饱和电流IDSS的范围是2.6—6.5mA，截止电压Voff的范围为-0.4⁓-5V（具体手册参数见附件）。因此本实验需要先行测试元件的主要参数，所实际测得的参数用于计算电路静态工作点及增益等，也用于修改仿真软件模型参数，以便获得相对准确的仿真结果。在面包板上搭建图6.2（a）电路（栅源为0偏压，即：VGS=0），测试此时源极电阻的电压，进而得到源极（也是漏极）电流，该电流就是漏极饱和电流IDSS。再通过图6.2（b）电路（静态自给偏压偏置电路）测源极电阻两端电压，从而得到此时的栅源电压及漏极电流，也就是得到一个栅源的负偏压值VGS及漏极电流ID，利用这两个值并通过漏极电流公式计算出Voff。填入表6-1。+5V()aR300230SKA+5VR300230SKA()b100k1R图6.2FET参数测试电路公式：𝑖𝐷=𝐼𝐷𝑆𝑆(1−𝑣𝐺𝑆𝑉𝑜𝑓𝑓)2表6-1实测FET主要参数参数IDSS（测试得出）Voff（计算得出）数值3.3mA-2.527v2.用得到的参数IDSS、Voff修改仿真模型：在仿真软件中结型场效应晶体管的模型是Shichman-Hodges模型，需要根据测得的参数修改Multisim模型中的两个参数：截止电压VT0及跨导系数BETA（β）。修改后的模型用于仿真（注意：跨导系数不是理论教学中的跨导gm）。3.𝑉𝑇0=𝑉𝑜𝑓𝑓=_−2.527V_______𝛽=𝐼𝐷𝑆𝑆𝑉𝑜𝑓𝑓2=5.168∗10^−44.搭建图6.1电路，计算、仿真及测试静态工作点，并填入表6-2：（1）通过理论计算计算IDQ、VGSQ并填入表6-2。{𝑉GSQ=−𝐼DQ𝑅2𝐼DQ=𝐼DSS(1−−𝐼DQ𝑅2𝑉off)2→{𝐼DQ=____________𝑉GSQ=____________（2）使用新建的模型仿真静态工作点并填入表6-2。（3）通过测试源极电阻直流电压，获取静态工作点并填入表6-2。表6-2FET电路的主要静态和动态参数静态IDQ静态VGSQ静态VDSQ交流电压增益Av计算值2.63mA-0.789v1.581v3.326仿真值1.95mA-0.585v2.465v1.094测试值1.98mA-0.595v2.426v1.5905.理论计算增益，并测试、仿真输入输出波形，仿真和测试时选择输入峰值50mV1kHz正弦信号。屏幕拷贝波形于下方，并通过输入、输出信号的峰-峰值之比计算仿真及测试的增益值，将计算、仿真、测试的增益值填入表6-2。6.7.（1）理论计算增益：𝑔𝑚=__3.026𝑚𝑠__________𝐴𝑣=−𝑔𝑚(𝑅3𝑅𝐿)1+𝑔𝑚𝑅2=3.326___________（2）仿真输入、输出波形，并贴于下方：图6.3仿真所得输入、输出波形（屏幕拷贝贴图）仿真增益为：𝐴𝑣=−𝑉𝑜𝑝−𝑝𝑉𝑖𝑝−𝑝=_______________（3）搭建电路并使用AD2实测输入、输出波形，并贴于下方图6.4测试所得输入、输出波形（屏幕拷贝贴图）测试增益为：𝐴𝑣=−𝑉𝑜𝑝−𝑝𝑉𝑖𝑝−𝑝≈_______________8.思考并回答：（1）为什么输入端可以使用较低容量的耦合电容（0.1μF），而输出端使用10μF的耦合电容？输出端的信号得到了放大，大电容的容抗更小，能减少信号在输出端的分压。（2）若将FET的源极与漏极对调，电路的参数（如静态工作点、交流增益等）会如何变化？为什么？不会变化，当不加外部电压和电流时，FET的源极和漏极内部结构是一样的（3）若源极电阻并联一个旁路电容，工作点及交流增益将如何变化？偏置电路不受影响，工作点基本保持不变，但增益会变大（4）若漏极电阻增大到多少时，FET将工作于可变电阻区？（5）如果负载RL减小，本级的增益将会减小、不变、增大？减小，由公式可知，R3和RL电阻并联结果会减小，从而减小增益9.分析计算、仿真、测试误差的来源。实际测量时，由于元器件的数值存在误差，实验过程受外界影响，结果和仿真值存在差距。计算时，解方程会会舍去一定数据，导致误差。10.本部分实验体会。结型管的增益比较小，计算实验过程中更容易出现误差，由于栅极绝缘，导致输入电阻很大。附录一2SK30A参数附录二结型场效应晶体管JFETShichman-Hodges模型仿真时需要通过测试得到夹断电压Voff及饱和电流IDSS。并修改模型参数中的：𝑉𝑇0=𝑉𝑜𝑓𝑓𝛽=𝐼𝐷𝑆𝑆𝑉𝑜𝑓𝑓2