【任务描述】

（1）认识场效应管放大电路的组成。

（2）掌握场效应管放大电路的静态分析。

（3）掌握场效应管放大电路的动态分析。

【知识学习】

一、场效应管放大电路

根据前面讲的场效应管的结构、工作原理和双极性三极管比较可知，场效应管具有放大作用，它的三个极和双极性三极管的三个极存在着对应关系，即：

G（栅极）→b（基极）　　S（源极）→e（发射极）　　D（漏极）→c（集电极）

所以根据双极性三极管放大电路，可组成相应的场效应管放大电路。但由于两种放大器件各自的特点，故不能将双极性三极管放大电路的三极管简单地用场效应管取代，组成场效应管放大电路。

双极性三极管是电流控制器件，在组成放大电路时，应给双极性三极管设置电置偏流。而场效应管是电压控制器件，故在组成放大电路时，应给场效应管设置偏压，保证放大电路具有合适的工作点，避免输出波形产生严重的非线性失真。

1.静态工作点与偏置电路

由于场效应管种类较多，故采用的偏置电路，其电压极性必须考虑。下面以N沟道为例进行讨论。

N沟道的结型场效应管只能工作在UGS＜0区域，MOS管又分为耗尽型和增强型，增强型工作在UGS＞0区域，而耗尽型工作在UGS＜0区域。

（1）自给偏压偏置电路。

图2.3.1给出的是一种称为自给偏压偏置电路，它适用于结型场效应管或耗尽型场效应管。它依靠漏极电流ID在Re上的电压降提供栅极偏压，即

图2.3.1　自给偏压电路

（2）分压式偏置电路。

分压式偏置电路如图2.3.2所示，它也是一种常用的偏置电路，该种电路适用于所有类型的场效应管，为了不使分压电阻R1、R2对放大电路的输入电阻影响太大，故通过RG与栅极相连。该电路栅、源电压，漏极电流为：

图2.3.2　分压式偏压电路

【例2.3.1】试计算图2.3.2的静态工作点。已知R1=50 kΩ，R2=150 kΩ，RG=1 MΩ，RD=RS=10 kΩ，RL=1 MΩ，CS=100μF，UDD=20 V，场效应管为3DJF，其Up=-5 V，IDSS=1 mA。

解：

即

将UGS代入ID式得：

ID=0.61（mA）

UGS=5-0.61×10=-1.1（V）

漏极对地电压为：

UD=UDD-ID RD=20-0.61×10=13.9（V）

2.场效应管的微变等效电路

由于场效应管栅极绝缘，其输入端不取电流，输入电阻rD极大，故输入端可视为开路。场效应管输出端仅存在如下关系：

id=gm ugs

根据电路方程可画出等效电路如图2.3.3所示。

图2.3.3　微变等效电路图

二、共源极放大电路

放大电路和微变等效电路如图2.3.4所示。场效应管放大电路的动态分析同双极性三极管，也是求电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro。

图2.3.4　共源极分压式偏置放大电路及微变等效电路

1.电压放大倍数

根据电压放大倍数的定义

由等效电路可得：

再找出Uo和Ui的关系，即Ugs和Ui的关系，从等效电路可得：

Ui=Ugs

所以，

2.输入电阻

ri=RG+R1∥R2

3.输出电阻

ro=RD

【例1.2.2】计算图2.3.5所示电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。电路参数为：R1=50 kΩ，R2=150 kΩ，RG=1 MΩ，RD=RS=10 kΩ，RL=1 MΩ，CS=100 μF，UDD=20 V，场效应管为3DJF，其Up=-5 V，IDSS=1 mA，

图2.3.5　例2.3.2图

解：由前例可知，UGS=-1.1 V，ID=0.61 mA(www.daowen.com)

【任务实施】

实训2.3.1　恒流充电器的调试（场效应管的应用）

一、实训目的

（1）学会对电子产品线路元件的计算与采购。

（2）学会对电子产品工作原理的分析与调试。

（3）加深对场效应管输出特性的理解。

二、实训电路与工作原理

（1）图2.3.6为一恒流充电器（对蓄电池充电）的电子产品线路。

图2.3.6　恒流充电器线路图

（2）由图2.3.6说明该充电器的工作原理（学员自己分析）。

（3）开出线路各元件的请购单明细表：

①整流变压器___________________________________________________________。

提示：整流变压器主要参数通常为一、二次侧电压，二次侧电流，变压器的容量S（VA）［S=U2 I2×（1+15%）］，其中15%考虑到变压器的功率损耗。

②整流二极管（型号）_________________________（在已有单元中选取）。

③发光二极管LED限流电阻R1_________________________________________________________________________。

提示：a.LED的工作电流通常为5 mA，其正向电压约为2 V。

b.由变压器二次侧电压U2=20 V可知，经整流后的平均电压U2=0.9U2=0.9×20 V=18 V。

c.由上述数据即可得到限流电阻R1上的电压与电流，从而可计算出R1的阻值与功率P=，P=I2 R。

d.根据上述计算，选取规范值（功率留有一倍以上余量，并不要小于1/8 W，在已有单元中选用）。

④稳压管VS的限流电阻R2________________________________________________________________________________。

提示：a.设VS稳压值为10 V，其工作电流IVS=10 mA。

b.设电位器RP的电阻值RP=10 kΩ，又由于场效应管（IRF630）栅极取用的电流极小（微安级），可略去不计，由此可求得通过电位器的电流。

c.由上述数据即可求得通过限流电阻R2的电压与电流，从而可计算出R2的阻值与功率，选取规范值（并在已有单元中选用）。

⑤电流表的规格________________________________________________________。

提示：电流表的型号与规格包括：

a.指针表还是数字表。

b.电流表的精确度，此处仅显示充电电流，要求不高，可选2级或3级表。

c.电表的量程，此处测量为0～1.5 A，可选2 A量程（或更大一些）。

d.在装置已有模块中选用。

⑥电压表的选取与上同理。

⑦电位器________RP

提示：a.阻值已知10 kΩ。

b.功率由通过电流及阻值（由P=I2 R）即可算出，一般不小于1/2W。

c.型号：对小功率，一般选碳膜（WH）型。

d.在装置已有单元中选用。

三、实训设备

（1）电路中的变压器输出20 V交流电压，由装置中可调交流电供给。

（2）单元由学员自选后填入。

（3）蓄电池组暂以51Ω（5W）水泥电阻（R01）与100Ω（5W）电位器（RP1）串联代替。

四、实训内容与实训步骤

（1）根据前述的提示计算并选择适当的单元，完成如图2.3.6所示的电路连接。

（2）将负载电阻RL分别调为51Ω、100Ω、150Ω，并将栅电源电压UGS分别调为6 V、8 V、10 V。

试在以上3种负载情况下，测出负载电流，并填于表2.3.1中。

表2.3.1　测量结果表

五、实训注意事项

（1）本实训包括电路元件的选择与采购（开请购单），这是在实际工作中必须学会的。

（2）注意加深对电路工作原理的理解，并学会分析与应用。

六、实训报告要求

（1）开出各元件（Tr、D1～D4、R1、R2、RP及电压表、电流表的请购单）并提供计算过程。

（2）由表2.3.1中所列数据，归纳出相关结论。

提示：（1）当负载不变时，改变UGS、IL怎样变化？

（2）当UGS不变时，改变RL、IL怎样变化？

（3）由此得出相应的结论（参照场效应管特性曲线图）。

注：此处用负载电阻取代了蓄电池，所以电流基本连续，但在实际中，充电器对电池作恒流充电时，只有当整流电压高于电池组电压时，才能形成电流（如图2.3.7）。此时电流是不连续的。这里所讲的“恒流”，是指它的平均电流，它的数值主要取决于UGS。

图2.3.7　充电器对电池组充电电流