简易场效应管低频跨导gm检测电路Word文件下载.docx
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(IDSSVP都是已知参数)
VGS=VG-VS
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:
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
图2
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,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,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(MOS)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VDS由零开始增大时,沟道内各点的电位由漏极d端至源极s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,ID随VDS线性增加,如图3.1.4中VGS=0时的OA段。
当漏源电压增大时,耗尽层增宽,沟道截面积减小,沟道内电阻增大,ID随VDS增加减慢,
场效应管的结构及功能介绍
1、结型场效应管的结构
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△VGS时,D极电流相应变化△iD。
若将△iD通过较大的RL,从RL上取出的△V0=△iDRL,可能比△VGS大许多倍,即△VGS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LightEmittingDiode即发光二极管的缩写,最早于1962年由GE(GeneralElectricCompany)研究人员NickHolonyakJr.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
1
R1-R8
10KΩ
8
R9-R16
500Ω
Rg1-Rg3
2MΩ47KΩ10MΩ
D0-D8
LED
9
C1
470μF
C2C4
0.1μF
2
C3
47μF
T
TRANS1
D
BRIDGE1
U1-U8
LM324
U9
MC78L12CP
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VDS=10V,ID=50mA时的VGS值。
二饱和漏极电流IDSS
当VDS=10V,VGS=0V时的ID值。
对结型场效应管,IDSS是能输出的最大漏极电流。
三最大漏源电压V(BR)DS
与VGS有关,VGS愈负,其值愈小。
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107Ω以上。
六低频互导(跨导)gm
定义为
它表明了输入栅源电压vGS对输出漏极电流iD的控制能力,相当于转移特性上Q点的斜率,如图3.1.7所示
图3.1.7
gm是表征场效应管放大能力的重要参数,单位为mA/V=ms,其值一般为十分之几~几mS(比三极管小一个数量级)。
对式(3.1.3)微分,可得
(3.1.6)
式中
(3.1.7)
为VGS=0时的跨导。
参考文献
1.何小艇主编,电子系统设计,浙江大学出版社,2001年6月
2.姚福安主编,电子电路设计与实践,山东科学技术出版社,2001年10月
3.王澄非主编,电路与数字逻辑设计实践,东南大学出版社,1999年10月
4.李银华主编,电子线路设计指导,北京航空航天大学,2005年6月
5.康光华主编,电子技术基础,高教出版社,2003年
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