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1、第一章 方案提出依据课程设计的需要,特设计思路如下图框所示:三极管类型判别电路的功能是利用 N 沟道型和 P 沟道型电流流向相 反的特性来判别。场效应管跨导测量电路的功能是利用场效应管的电压 分配特性，将对 gm 的测量转化为对场效应管的测量，同时实现对档位 的手动调节。场效应管 gm 测量电路的功能是利用比较器的原理实现 8 个档位的测量，显示电路的功能是利用发光二极管将测量结果显示出来。第二章 电路基本组成及工作原理第一节 场效应管类型判断电路场效应管判别类型如图1所示。由于P沟道和N沟道场效应管的电 流流向相反,当两种场效应管按图中电路结构链接时,则与 N 沟道场效应 管连接的发光二极管
2、亮，与P沟道连接的发光二极管不亮，所以根据发 光二极管的亮和灭，即可以判定场效应管是N沟道还是P沟道。并且将 P 沟道场效应管翻转连接，电路即可正常工作。a)（b）图1- - - 2 -第二节 场效应管低频跨导测量电路当电路接入N沟道场效应管时，如图1 （a）所示，电路中的电流电压表达式为：耳（IDSS VP都是已知参数）V =V-VGS G S由上式可以看出，除了 R0 可变电阻外，其余都是固定电阻，电压Vo随gm的变化而变化，同时可通过调节R0大小可以调节Vgs的大小,调节最终的 gm 档位值。当电路接入P沟道场效应管时，为此可采用如图1的（b）所示，电路中的电流电压的表达式为：21快岂（
3、IDSS VP 都是已知参数）V =V-VGS G S由上式可得，电压Vo将随gm的变化而变化，同时也可以通过调节R0 调节 gm 档的位值。第三节 低频跨导档位测量电路和显示电路档位测量电路：如图 2 所示， gm 档位测量电路的核心部分是由运 算放大器构成的 8 个比较电路，其中虚线代表省略的 5 个运算放大器， 所有放大器的反相端接gm测量电路的输出端Vo或Ve，而8个相同的 电阻把电源电压分成八等分，分别为 18、15.75、13.5、11.25、9、6.75、 4.5、2.25。这样通过测量值和标准电压的比较就可以把gm的8个值分 入8个档位。根据比较的结果，如果测量值大于标准电压，
4、就输出低电 平，反之输出高电平。显示电路：如图表3 虚线左侧电路所示，显示电路是通过八个发光 二极管来实现的。通过运算放大器输出的高低电平，发光二极管产生亮 和灭，这样就知道 gm 属于哪一个档位，达到显示的作用。注意运放的输出电流要与发光二极管的驱动电流匹配。若在显示电路的前端接入译码电路，可以减少发光二极管的数目。第四节 电源电路电源电路可以采用两种方式来实现：第一种是采用电池供电，第二 种方法如图 2 所示，直接从电网供电，通过变压器电路，整流装置，滤 波电路和稳压电路将电网中的220V交流电压转化为+18V直流电压。电 路中变压器采用常规的铁心变压器，整流电路采用二极管桥式整流电路，
5、C1，C2，C3，C4 完成滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成芯片来实 现。电源电路图图3第三章 元件的介绍第一节 场效应管的基本类型场效应管分结型、绝缘栅型(M OS)两大类按沟道材料:结型和绝缘栅 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,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沟耗型和增强型;P沟耗尽型和增强型分四大类.第二节 场效应管的原理下面以N沟道结型场效应管介绍工作原理，对P沟道结型场效应 管可以用对偶方法得出。场效应管的漏极电流 ID
6、与沟道的宽窄有关，沟 道宽时，沟道内电阻小， ID 大；沟道窄时，沟道内电阻大， ID 小。要改 变沟道的宽窄可在栅源极间加反向电压 -VGS 和在漏源极间加正向电压 VDS。图 3.1.2 沟道受 VGS 控制当漏源电压 V 由零开始增大时，沟道内各点的电位由漏极 d 端至源极 s DS端逐减小，因而PN结上各点的反压由d端至s端也逐渐降低，沟道内耗尽层上宽下窄，沟道为楔形分布，如图3.1.3(a)所示，这时沟道的截面积变化不大，沟道内呈现的电阻可近似看成不变，I随V线性增加，D DS如图3.1.4中V =0时的OA段。当漏源电压增大时，耗尽层增宽，沟道GS截面积减小，沟道内电阻增大，I随V
7、增加减慢，D DS场效应管的结构及功能介绍1、结型场效应管的结构图 6.18场效应管的结构如图 6.18 所示，它是在一块 N 型半导体的两边利用 杂质扩散出高浓度的P型区域，用P+表示，形成两个P+N结。N型半 导体的两端引出两个电极，分别称为漏极 D 和源极 S。 把两边的 P 区引 出电极并连在一起称为栅极 G 。如果在漏、源极间加上正向电压， N 区 中的多子（也就是电子）可以导电。它们从源极 S 出发， 流向漏极 D。 电流方向由D指向S,称为漏极电流ID.。由于导电沟道是N型的，故 称为 N 沟道结型场效应管。2、作用：场效应管的作用 1、场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器
8、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。场效应管作用 2、场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。 常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。场效应管的作用 3、场效应管可以用作可变电阻。场效应管作用 4、场效应管可以便地用作恒流源。 场效应管的作用 5、场效应管可以用作电子开关。3、 场效应管的应用场效应管在恒流区内工作时，当GS电压变化厶VGS时，D极电流 相应变化AiD。若将AiD通过较大的RL,从RL上取出的厶VO=AiDRL, 可能比 VGS大许多倍，即AVGS得到了放大。所以场效应管和晶体管 一样在电路中可起放大的作用。第三节 运放 LM324 的介绍LM324是
9、四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图 所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器, 除电源共用外,四 组运放相互独立。每一组运算放大器可用图 1 所示的符号来表示,它有 5 个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo” 为输出端。两个信号输入端中,Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的位相反;Vi+ （ + ）为同相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相同。当去掉运放的反馈电阻时 ，或者说反馈电阻趋于无穷大时 （即开环 状态），理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大 （实际上是很大 ，如
10、LM324运放开环放大倍数为100dB，既10万倍）。此时运放便形成一个 电压比较器，其输出如不是高电平（V+）,就是低电平（V-或接地）。当 正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。第四节 LED 灯的介绍LED原理。LED是Light Emitting Diode即发光二极管的缩写，最 早于 1962 年由 GE（General Electric Company）研究人员 Nick Holonyak Jr. 发明。其I-V特性与普通二极管比较类似，所不同的是其内部PN结具有 发光特性。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的 晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡
11、层，即PN结。当PN 结导通时，两种不同的载流子：空穴和电子在不同的电极电压作用下从 电极流向 PN 结。当空穴和电子相遇而产生复合，电子会跌落到较低的 能阶，同时以光子的方式释放出能量，即辐射发光。任何二极管都会有 此发光的特性（通常非可见光且发光效率非常低），不同的是发光二极管 通过使用特殊的材料、特殊的工艺，使得 PN 结发光的效率提高，发光 的频率一致，从而得到可使用的特定频率的光。通常所说的LED是指能 发出可见光的发光二极管。第五节 元件清单符号类别数目R0可变电阻1R1-R810 KQ8R9-R16500Q8Rgl-Rg32MQ 47KQ 10MQ1D0-D8LED9Cl470F
12、1C2 C40.1F2C347F1TTRANS11DBRIDGE11U1-U8LM3248U9MC78L12CP1第四章 参数计算由低频跨导的档位测量电路得知关于Vgs有8个档位分别是18、15.75、13.5、11.25、9、6.75、4.5、2.25。当把某一类型场效应 管放入检测电路中时，测得的Vgs应为上述某两个档位之间。这两个档 位较小的所连接的二极管和较小档位以前的二极管是亮的，而以后的都 是灭的。已知场效应管的Idss,Vp,由Vgs可得gm的八个档位值。第五章 总结作为一名电气系系，电子信息工程专业大二的学生，我觉得能做类 似的课程设计是十分有意义，而且是十分必要的。已度过的大
13、学时间里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂 上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何把我们所学到的专业基础理 论知识用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实 践平台。为了让自己的设计更加完善，一次次翻阅设计手册是十分必要 的,一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，无 法升级为设计。另外；小组共同设计给我们提供了团体协作的途径，让 我们更能有利于进行思考和设计，一个人的力量是有限的，但是团体的 力量是无穷的，在设计过程中要进行换位思考，综合大家的力量进行初 步的理论设计，然后要独立的完成自己的设计思路。在学习理论知识的 同时也要参加实践活动，同时，分组设计
14、也有利于我们同学之间的团体 协作。在这次课程设计作业的过程中由于在设计方面我们没有经验，理论 基础知识掌握得不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，这些都 暴露出了前期我在这些方面知识的欠缺和经验的不足。对于我来说，收 获最大的是方法和能力；那些分析和解决问题的能力。在整个课程设计 的过程中，我发现我们学生在经验方面十分缺乏，空有理论知识，没有 理性的知识；有些东西可能与实际脱节。总体来说，我觉得像课程设计 这种类型的作业对我们的帮助还是很大的，它需要我们将学过的相关知 识系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进！本次的课程设计，培养了我综合应用数电和模电课程及其他课程的 理论知识和理
15、论联系实际，应用生产实际知识解决工程实际问题的能力； 在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，同学们共同协作，解决了 许多个人无法解决的问题；在今后的学习过程中我们会更加努力和团结 但是由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。附录附录一电源电路总图附录二 几种常用的场效应管参数一 夹断电压 VP当 V =10V ， I =50mA 时的 V 值。DS D GS二 饱和漏极电流 IDSS当 V =10V， V =0V 时的 ID 值。对结型场效应管， I 是能输出的 DS GS DSS最大漏极电流。三 最大漏源电压 V(BR)DS与 V 有关， V 愈负，其值愈小。GS GS四 最大栅源电压 V(BR)GS为 PN 结的反向击穿电压五 直流输入电阻 RGS正常运用时PN结反偏，其值可达107Q以上。六 低频互导 ( 跨导 )gm定义为%它表明了输入栅源电压 v 对输出漏极电流GS于转移特性上Q点的斜率，如图3.1.7所示i 的控制能力，相当 D图 3.1.7gm是
