基于multisim的场效应管放大电路设计.doc

南昌大学实验报告 实验类型： □ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩： 实验十三 基于Multisim的场效应管放大器电路设计 一、实验目的 1.场效应管电路模型、工作点、参数调整、行为特征观察方法; 2.研究场效应放大电路的放大特性及元件参数的计算; 3.进一步熟悉放大器性能指标的测量方法. 二、实验原理 1．场效应管的特点 (1)场效应管为电压控制型元件； (2)输入阻抗高(尤其是MOS场效应管)； (3)温度稳定性好，抗辐射能力强； (4)结型管的源极(S)和漏极(D)可以互换使用，但切勿将栅(G)源(S)极电压的极性接反，以免PN结因正偏过流而烧坏。对于耗尽型MOS管，其栅源偏压可正可负，使用较灵活。和双极型晶体管相比场效应管的不足之处是共源跨导gm。值较低(只有ms级)，MOS管的绝缘层很薄，极容易被感应电荷所击穿。 2．偏置电路和静态工作点的确定 与双极型晶体管放大器一样，为使场效应管放大器正常工作，也需选择恰当的直流偏置电路以建立合适的静态工作点。 场效应管放大器的偏置电路形式主要有自偏压电路和分压器式自偏压电路(增强型 MOS管不能采用自偏压电路)两种。 三、实验仪器 Multisim虚拟仪器库中的示波器、数字万用表、交流电源、N沟道耗尽型MOS管2N3370、直流电源、电阻、电容、开关等。 四、实验内容及步骤 1．场效应管共源放大器的调试 (1)连接电路。按图1连接好电路，场效应管选用N沟道消耗型2N3370，静态工作点的设置方式为自偏压式。直流稳压电源调至12V。 图1 2.测量静态工作点 将输入端短接（图2），并测量此时的 Vg、Vs、VD 、，填入下表1 静态工作点： 1.006V 39.355nV 174.524mV 0.1737mA 3.测量电压放大倍数 在输入端和输出端接入数字万用表和函数发生器。使函数发生器输出正弦波（不失真），并调节函数信号发生器使得=3mV，f=lkHz,。用示波器观察输出波形，(若有失真，应重调静态工作点，使波形不失真)，并用示波器测量输出电压，根据公式,仿真结果如下图3。 蓝色波形表示输入，黄色波形表示输出，此时放大倍数。 4.测量负载改变时输出端的电压 在输入端和输出端接入数字万用表和函数发生器，调节函数信号发生器使得=3mV，f=lkHz，改变负载的电阻阻值，分别记录其输出电压。 1 5 10 15 20 25 30 2.163 10.123 18.744 26.174 32.643 38.328 43.36 35 40 45 50 55 60 65 47.847 51.875 55.507 58.803 61.805 64.551 67.074 表2 4.测量输入及输出阻抗 用换算法测量放大器的输入电阻，由于场效应管放大器 Ri高，测量时会引人干扰； 测量所用的电压表的内阻必须远大于放大器的输入电阻 Ri，否则将会产生较大的测量误差。为了消除上述干扰和误差，可以利用被测放大器的隔离作用，通过测量放大器输出电压来进行换算得到 Ri。 1）输入电阻测量：先闭合开关S1(R2=0)，输入信号电压Vs，测出对应的输出电压，然后断开S1，测出对应的输出电压，因为两次测量中和是基本不变的，所以 ,测得=134.137mV，=67.074mV, 仿真结果如下图4： 2）输出电阻测量:在放大器输入端加入一个固定信号电压 Vs ，分别测量当已知负载RL断开和接上的输出电压和。则,由于本实验所用的场效应管必须接入很大的负载才能达到放大效果，因此此方法不适合用来测量本实验输出电阻效果不太好，仿真结果如下图5=66.8mV,=125mV. 5.测量幅频特性曲线 通过波特图测量结果如下图 实验总结 因为本实验根据实验要求N沟道耗尽型MOS管2N3370，是的必须接入很大的电阻，达到级别，但是放大倍数也只能达到大概7倍（负载固定），通过本实验对场效应管的应用背景更加深刻，数字电路里面很多芯片都是通过场效应管实现，曾经尝试过通过N和P型场效应管实现不同路数据的选择，但是试过后发现不行，达不到高电平所需要的电压，本实验后我尝试了一下，只需要加上偏置电阻即可实现管子的开关特性，可以实现数据的导通。 图2 表1 图3 图4 图5