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1、1武汉理工大学开放性实验报告（A 类/B 类）项目名称： 场效应管应用电路设计 实验室名称： 创新实验室 学生姓名： 唐志伟 0创新实验项目报告书实验名称 场效应管应用电路设计 日期 2012 年 11 月 22日姓名 唐志伟 专业 电气一、实验目的（详细指明输入输出）1、 学会用场效应管设计放大电路。2、 提高分析场效应管的工作原理的能力。 3、 学会制作并调试场效应管放大电路的。二、实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程）( 不超过 1 页 )1.电源的设置因为要求峰峰值在 20V 以上，且考虑 MOS 管、Rd 和 Rs 的压降，应该留有一定的电压余量，为了保证电压不超过人体安全电
2、压的36V，所以 Vcc 选择在 32V。2.静态工作点设置题目要求的输出电压相对较高，最好让 VDSQ=1/2Vcc，但是由于电路对增益的要求是 10 倍，相对比较高，且由于不能让 Vs 过小，所以这里的 VDSQ 应该达不到 16V。3.放大倍数的设置这里负载为 50,很低。对于一般的共源放大电路(只考虑幅值的时候) 。有： /Rs)gmV(s)/(Vgs/ro/i|A )Rgms()/ri LVDL且 Vgs 和 Vgs/rgs 相对较小，可以忽略不计。所以上式可以推导得 /s)( /R)(i|DLDL这里负载为 50,很低。要是增益达到 10 倍，那么 Rs 最大 5，可见电流很大，所
3、以应该采用功率电阻进行电路的制作。4.上限截止频率和下限截止频率上限截止频率 ,其中 Rs=(Rs/Rg1/Rg2+rbb)/rbe,1/(2)HSfRCC=Cbe+(1-Av)Cbc，应该适当减小电阻满足频率特性的要求， 下限截止频率 ，其中1/()LSbefr提高 Cg1 与 Ce 时，同时应该是输入电阻11/()BeBeC增大，所以要提高 Rg1 和 Rg2。1三、实验过程（记录实验流程，提炼关键步骤） （尽可能详细）1.实验原理图设计及其说明A.实验中所给选择的是 N 沟道 MOS 管 IRF530N，在网上查得 530N 的一些 参数如下： 最大漏极电压 Vdss=100V；最大楼及
4、电流 Id=17A（T=25 oC） 栅极阀值电压 Vgs=3.04.0VB.静态工作点的设置和放大倍数的设置因为负载只有 50，所以 Rd（电路图中的 R1）的电阻不能设的太大，此处取的是 50，根据放大倍数的计算，那么 RS 最大只能有 2.5，应考虑到一点余量，所以 RS 取的是 2，同时用一个 5 的电阻(图中的 R5)和100F 的电容在一旁并联，来提高电路的放大倍数，对低频电路的性能提高有利。C.偏执电路的设置Rg1 和 Rg2（分别是电路图中的 R4 和 R3）的电阻值分别为 1M 和169k，是根据 Vs=Vgs+Vg 计算出来的。同时大阻值保证了他的输入阻抗很大，根据公式 ，
5、有利于提高低频的效果，所以低频1/2()LSbefCRr特性应该相对较好。D.耦合电容的设置2这里对频率范围要求比较高，尤其是低频难以达到效果，所以耦合电容最好稍大一些，这里选用输入耦合电容 C1 值为 100F，还有输出耦合电容 C2 的值为 470F（经过仿真如果使用低于 330F 的电容，低频波形都会失真） ，同样是为了提高低频的效果。2.仿真结果（信号放生源的电压有效值为 0.51V，即输出峰峰值为1.44V）A.下图是信号频率为 10kHz 的放大波形，可知输出的峰峰值约为 20.8VB.下图是信号频率为 10Hz 的放大波形，可知输出的峰峰值约为 14.3V3C.下图是信号频率为
6、1MHz 的放大波形，波形稍微有一点失真，输出的峰峰值约为 18.6V总结：根据上面的仿真结果可知，完全满足增益 20dB，和-3dB 的频率特性带宽在 10Hz-1MHz 的要求，所以可以开始进行电路制作了。3.电路制作与调试调试的过程花了我很长时间。由于 Vcc 只有 32V，但是要求输出的峰峰值20V，静态工作点很不好调。确定 Rg1，调整 Rg2，仿真中给的169k，并不是最好的选择。开始完全按照电路图焊接，发现输出电压饱和失真。我猜想是 VDS 偏小，于是减小 Rg2（因为 VDS 偏小是因为 Rd 和Rs 分压过大，分压过大又是因为 Id 太大，所以应该减小 Rg2 来降低 Vgs
7、） ，我逐渐减小电阻，发现波形不是出现饱和失真就是截止失真，与仿真的结果完全违背。经过分析，可能是电阻的阻值误差比较大，导致放大效果不好（因为有一次调整 Rg2 在 166k 的情况下，电路波形相对失真很小，只有零点几伏） 。尽管分析了原因，但是不知道怎么调整，所以电路有些失真4也是电路的缺陷。四、实验结果（详细列出实验数据、结论分析）下表是 MOS 放大电路的输出电压和频率的关系表。（输入 Vipp 稳定在 1.8V）f（Hz）10 100 1k 10k 100k 500k 1MVopp（V）16.0 18.2 21.0 20.4 20.2 18.4 18.0|Av| 8.88 10.11
8、11.67 11.33 11.22 10.22 10.00由上表可知：电路完成了放大倍数 10 倍的要求，同时也完成了 3dB 带宽在 10-1MHz的要求（11.67*0.707=8.25 ） 。但是从波形观察来看，在中频段有饱和失真的现象出现，同时在高频的情况下，波形不显示完全的正弦，波形的周期有变形。五、实验总结（实验中遇到的已解决和未解决的问题）1.已解决的问题A.进一步理解了场效应管的工作原理；B.完成了场效应管应用电路的设计、制作和调试；C.达到了负载 50 的增益 20dB 的要求；D.没有完成 10Hz 到 1MHz 的频率响应带宽。2.未解决的问题A.在输出高频的时候，放大的波形有失真的情况，不过还不是很明显；注意：1、 实验报告正文内容需达到 3 页以上；2、 可以添加加附录；3、 实验报告应加强对实验过程的说明。
