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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 ,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 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) ,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 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。
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