场效应管单管放大电路.docx
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场效应管单管放大电路
基于场效应管单管放大电路设计
摘要
本设计主要采用场效应管3DJ6来做放大管，将10毫伏正弦交流信号至少放大50倍。
场效应管是电压控制器件，输入电阻高，漏极和源极可以互换，而且在温度稳定低噪音等环境下优于普通晶体三极管。
利用场效应管来放大电压信号可以更好的减少外界环境的干扰以达到更好的效果。
3DJ6为结型场效应管，并有30MHz的工作频率，且便宜实惠，选用3DJ6结型场效应管是本设计的一大特点。
关键词：
场效应管；3DJ6；放大电路；设计
Basedonfieldeffecttubesinglepipeamplifiercircuitdesign
Abstract
ThisdesignmainlyUSESthe3DJ6mosfettodoenlargetube,will10mvsineacsignalatleast50timesamplification.Fieldeffecttubeisvoltagecontroldevice,highinputresistance,leakageandtosourceainterchangeable,andtemperaturestabilityinlownoiseenvironmentbeyondordinarytransistor.Usetoenlargevoltagemosfetsignalcanbebetterreduceoutsideenvironmentofinterferenceinordertoachievebetterresults.3DJ6for''typefieldeffecttube,andhave30MHzworkfrequency,andcheapaffordable,choose3DJ6''typefieldeffectofthedesignofthepipeisagreatcharacteristic.
Keywords:
Mosfet;3DJ6;Amplifiercircuit;Design
基于场效应管单管放大电路设计
1引言
随着现代电子技术、计算通信技术的迅速发展，我们的生活也发生了翻天覆地的变化。
现代电子技术也在追求着发展和创新。
所以本设计从另一个方面入手，来表现放大电路的多种多样化，本设计不同于传统的晶体三极管放大，而是以场效应管作为核心放大器件，通过场效应管来放大正弦交流信号。
场效应管属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
2总体方案设计
2.1方案论证
方案一
共源极放大电路由于场效应管具有高输入阻抗的特点，所以特别适用于作为多极放大电路的输入级，尤其是对于高内阻的信号源，采用场效应管才能有效地放大。
在场效应管放大电路中需要设置合适的静态工作点，否则也将造成输出信号的失真。
方案二
自给偏压式放大电路由于增强型场效应管只有栅-源间电压先达到某个开启电压VT时才有ID，所以自偏压不适用于增强型场效应管，结型场效应管无此限制。
2.2方案选择
根据采购的场效应管材料的实际情况出发，我采购的场效应管是结型场效应管3DJ6，所以适合自给偏压式放大。
综上方案论证与比较我选择方案二。
3系统硬件设计
3.1总体硬件设计
该系统的硬件部分由电源模块、放大模块、信号输入模块、信号输出模块等组成。
硬件方框图如图3.1所示。
图3.1硬件方框图
3.2电源模块
电源模块由一个直流5V电源组成。
如图3.2所示。
图3.2电源模块图
3.3信号输入模块
信号输入模块为函数信号发生器发出的10毫伏交流正弦信号提供。
如图3.3所示。
图3.3信号输入模块图
3.4放大模块设计
3.4.1场效应管简介
场效应管（MOSFET）是英文MetalOxideSemicoductorFieldEffectTransistor的缩写，译成中文是金属氧化物半导体场效应管。
它是由金属、氧化物（SiO2或SiN）及半导体三种材料制成的器件。
所谓功率场效应管（MOSFET）（Power场效应管（MOSFET））是指它能输出较大的工作电流（几安到几十安），用于功率输出级的器件。
场效应管是通过改变输入电压（即利用电场效应）来控制输出电流的，属于电压控制制器件。
它不吸收信号源电流，不消耗信号源功率，因此其输入电阻十分高，可高达达上百兆欧。
除此之外，场效应管还具有温度稳定性好、抗幅射能力强、噪声低，制造工艺简单、便干集成等优点，所以得到广泛的应用。
场效应管分结型、绝缘栅型两大类。
结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。
目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的
πMOS场效应管、VMOS功率模块等。
如图3.4所示。
图3.4管型分类图
（1）结型场效应管和绝缘栅型场效应管的区别：
从包装上区分。
由于绝缘栅型场效应管的栅极易被击穿损坏，所以管脚之间一般都是短路的或是用金属箔包裹的；而结型场效应管在包装上无特殊要求。
用指针式万用表的电阻档测量。
用万用表的“R×lk”档或“R×100”档测G、S管脚间的阻值，若正、反向电阻都很大近乎不导通，则此管为绝缘栅型管；若电阻值呈PN结的正、反向阻值，此管为结型管。
（2）用万用表电阻档判别结型场效应管管脚。
一般用R×1k或R×100档进行测量，测量时，任选两管脚，测正、反向电阻，阻值都相同（均为几千欧）时，该两极分别为D、S极（在使用时，这两极可互换），余下的一极为G极。
由于绝缘栅型场效应管在测量时易损坏，所以不使用此方法进行管脚识别，一般以查手册为宜。
（3）判断结型场效应管的电极。
将万用表拨至R×100档，红表笔任意接一个脚管，黑表笔则接另一个脚管，使第三脚悬空。
若发现表针有轻微摆动，就证明第三脚为栅极。
欲获得更明显的观察效果，还可利用人体靠近或者用手指触摸悬空脚，只要看到表针作大幅度偏转，即说明悬空脚是栅极，其余二脚分别是源极和漏极。
（4）定性判断场效应管的好坏。
先用万用表R×10kΩ挡（内置有15V电池），把负表笔（黑）接栅极（G），正表笔（红）接源极（S）。
给栅、源极之间充电，此时万用表指针有轻微偏转。
再改用万用表R×1Ω挡，将负表笔接漏极（D），正笔接源极（S），万用表指示值若为几欧姆，则说明场效应管是好的。
3.4.2场效应管3dj6简介
如图3.5所示。
图3.5场效应管3DJ6图
产品特点:
工作频率30MHz
产品应用:
高频放大协调放大阻抗变换静噪电路斩波器
表3.1分档
参数\档级
D
E
F
G
H
IDSS（mA）
0.5～0.35
0.3～1.2
1.0～3.5
3.0～6.5
6.0～10
Gfs（μs）
＞300
＞500
＞800
＞1000
表3.2极限参数
参数名称
符号
数值
单位
最大正向栅极电流
IG
10
mA
最大耗散功率
PD
100
mW
最高有效结温
TJ
125
℃
最低及最高工作环境温度
Tstg
-55～125
℃
最低及最高储存温度
Tannb
-55～175
℃
表3.3电参数（TA=25℃）
测试参数和条件
参数名称
MIN
MAX
单位
栅源击穿电压VDS=0V,IG=-1μA
V（BR）GSS
-25
V
栅极截止电流VDS=0V,VGS=-10V
IGSS
-100
nA
栅源截止电压VDS=10V,IDS=10μA
VGS（OFF）
-9
V
漏极饱和电流VDS=10V,VGS=0V
IDSS
0.05
10
mA
小信号短路正向跨导VDS=10V,VGS=0V,f=1KHz
gfs
300
μS
小信号短路输入电容VDS=10V,VGS=0V,f=500KHz
Ciss
5
pF
小信号短路反馈电容VDS=10V,VGS=0V,f=500KHz
Crss
3
pF
噪声系数VDS=10V,ID=3mA,f=30MHz,RG=10MΩ
NF
5
dB
3.4.3放大电路的设计
本设计用场效应管3DJ6来放大10毫伏交流信号。
要求将10毫伏交流信号放大至少50倍。
因为不同类型的场效应管工作在放大区，要求栅极电压极性不同，例如，结型场效应管要求栅源与漏源电压极性相反，增加型MOS管则要求栅源与漏源电压极性相同，至于耗尽型MOS管的栅偏压极性，可以正偏、零偏或负偏。
自偏压电路自偏压用于结型和耗尽型MOS管放大电路。
如图3.6所示。
电源
信号
输入
图3.6放大电路模块图
3.5信号输出模块
由于本设计没有主要的信号输出器件，所以由示波器检测。
4PCB的设计与制作
4.1PCB的设计
印制电路板简称PCB（PrintedCiruitBoard）是电子产品的重要部件之一，也不例外制作PCB设计制作的关键所在，该步骤在电路原理图完成以后进行制作的。
印制电路板图设计流程如图4.1所示。
图4.1印制电路板的设计流程
用EDA软件（Protel）布线，在布线时要注意，用热转印的方法可以做出10mil的线，但断线的可能性比较大，所以我们尽量用15mil以上的线宽规则。
如图4.2所示。
图4.2PCB流程图
当电路图绘制完成并封装正确后，就可以用主工具栏里Design/UpdatePCB命令，直接将电路图上的元件转移到PCB上，然后进行设计流程中后面的步骤。
规划电路板，在绘制电路板之前，要对电路板有一个初步的规划。
然后是设置参数，主要是设置元件的布置参数、层参数，之后是布局，在完成布局之后就可以对电路布线，布线完成，电路接地，PCB处理完成。
4.2PCB的制作
4.2.1热转印的准备
在本次设计中我将采用的是“热转印”法来制作印制电路板。
因此在用“热转印”法前的准备如下：
⑴一台复印机（复印机需要有复印原稿，原稿可以用喷墨打印机打印出来）。
⑵一台热转印机。
⑶一张热转印纸。
⑷油性记号笔一只。
注意不要买到假货，打开笔盖可以闻到酒精的味道或写到蜡纸上擦不掉的是真的。
⑸三氯化铁。
⑹覆铜板一块（单面）。
⑺小电转一把，配0.5mm的钻头。
⑻钢据条一片，木工细砂纸一张，美工刀一把,透明胶。
4.2.2PCB的制作
将生成的PCB图导出，加印到热转印纸上，然后将PCB图转印到覆铜板上。
下一步将覆铜板进行腐蚀。
最后钻孔生成PCB。
PCB制作流程图如图4.3所示。
图4.3PCB热转印制作流程图
5总体安装与调试
5.1元件安装与电路检测
安装前应先检查电路原理图是否正确，印制电路板上的铜箔有无毛刺、缺损、是否腐蚀到的残余铜箔等情况。
其次检查所要安装元件是否正常，用万用表电阻1K档位检测，看二极管是否具有单向导电性。
用万表电阻挡测量电阻器的实际阻值，并与标称值比较是否基本下符。
用万用表挡检查小容量（1μF以下）有无漏电（用电阻挡进行），电解电容器（1μF以下）的容量充放电正常（用低电阻挡，依据充、放电的情况进行估计）。
最后进行焊接，在焊接过程中应注意在焊接的时候避免焊接时间过长、虚焊、漏焊等认为性的失误。
同时注意走线整齐，布局合理，器件的各端口要正确处理等。
然后根据布局后整体的原理，按照系统划分的功能模块，沿着信号的流向，分级进行调试。
安装好后应在检查一遍，查看有无错焊、漏焊、虚焊以及焊接时造成的短路等。
若有应及时排除。
在实际制作硬件电路板的过程中，不是所有的元器件都能按照原本设计的去安装，有的元件不能找到原本设计中的型号或规格，在制作过程中用其他能实现其功能的元件代替。
电路通电前的检查工作：
电路安装完毕后，首先直观的检查电路个部分的接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元件的引脚之间有无短路，器件有无接错。
通电检查接入电路嗦要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。
如果出现异常现象，则立即关断电源，排除故障以后就可以重新通电。
5.2硬件调试
此电路比较容易检测到电路是否有问题。
主要是检测其引脚，如电阻和电源是否接好，检测硬件是否有短路、断路、虚焊和发光二极管是否焊反等以确保设计的可靠性和电器元件的性能。
在硬件检测中，首先把电源接好，接正5V电源，而电路中的电源电路、放大电路、等都是采用基础的电路设计，除了基本的电路硬件调试外，我们还可以通过软件来调试硬件
。
5.3整机调试
首先连接5V电源给场效应管单管放大电路供电，然后用函数信号发生器产生10mv交流正弦信号接在放大电路的信号输入端口，通过主体放大电路的放大然后输出放大过后的信号，用示波器来检测放大过后的信号是否达到既定放大效果。
如果未达到理论设计效果，重新调整或更换外围元件，再次进行测试，直到满足设计要求。
最后，长时间通电试机，检测系统的稳定性和抗干扰能力。
结论
本设计以场效应管3DJ6为核心，实现交流信号的放大功能，将10毫伏正弦交流信号放大至少50倍。
本设计的制作简单、成本低、而且受外界环境影响小、比普通三极管放大器在同等环境中更加适应变化。
但是由于多种因数影响，例如温度、湿度、光照、人为、材料、焊接工艺等的影响，实际值与理论值有相对的差距。
在实际的调试过程中不能达到软件仿真出来的理想效果。
总结与体会
场效应管单管放大电路的设计，通过我的不懈努力，克服了重重困难之后完成了，这让我对放大电路有了更深层次的了解，也让我学到了很多很多的东西，这是我在毕业设计中收获的东西。
在这次设计中，所运用的知识基本上都是我们以前学过的，只不过当时没有重视。
现在多亏有老师为我们指导，使我们重新巩固以前的内容。
通过这次设计，在焊接元器件方面，也有一定的提高。
毕业设计能够从理论设计和工程实践相结合、巩固基础知识与培养创新意识相结合、个人作用和集体协作相结合等方面全面的培养学生的全面素质。
我经过这次系统的毕业设计，熟悉了对一项课题进行研究、设计和实验的详细过程。
这些在我们在将来的工作和学习当中都会有很大的帮助。
实践能力得到了进一步提高，在调试过程中积累了一些经验。
毕业设计对以前学过的理论知识起到了回顾作用，并对其加以进一步的消化和巩固。
毕业设计培养了严肃认真和实事求是的科学态度。
而且培养了吃苦耐劳的精神以及相对应的工程意识，同学之间的友谊互助也充分的在毕业设计当中体现出来了。
在设计过程中我发现了自己很多不足之处，体会到了所学理论知识的重要性：
知识掌握得越多，设计得就更全面、更顺利、更好。
本设计中，因为时间和水平有限，所以会存在一些错误，请各位审核老师进行批评指导。
致谢
首先，感谢李老师和同学的帮助，让我顺利地完成了毕业设计。
在这次设计中，培养了我不怕困难，严谨求学的精神，在李老师的耐心帮助下，解决了许多疑难问题，有时和同学们一同研讨，相互解决一些彼此存在的问题，相互学习、相互了解。
李老师丰富的经验，严谨的教学作风，尤其是谆谆不会的教诲，为人师表，踏实的工作作风，对学生认真负责的态度，尤其在设计中遇到困难时多次找到他都耐心的讲解，从不感到麻烦。
在此，再次感谢李老师以及曾经教过我的老师们，是你们给了我学习的勇气和求学的精神，做人的准则，更重要的是给我们授予了宝贵的知识财富。
再次深深地感谢帮助过我的所有人！
参考文献
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人民邮电出版社.2002.7
附录
附录1基于场效应管单管放大电路设计原理图
附录2基于场效应管单管放大电路设计PCB图
附录3基于场效应管单管放大电路的设计元件清单
序号
元器件名称
规格型号
数量
备注
1
场效应管
3dj6
1
2
电阻
1k
1
3
2k
1
4
3k
1
5
10k
1
6
20k
1
7
电容
10uf
3
有极性
附录4基于场效应管单管放大电路设计实物图
（注：
可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!
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