实验七、MOS管分压式偏置共源放大电路的静态和动态参数-Toy模板网

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一、题目

搭建MOS管分压式偏置共源放大电路。利用Multisim研究下列问题：
（1）确定一组电路参数，使电路的 $Q$ 点合适。
（2）若输出电压波形底部失真，则可采取哪些措施？若输出电压波形顶部失真，则可采取哪些措施？调整 $Q$ 点约在交流负载线的中点。
（3）要想提高电路的电压放大能力，可采取哪些措施？

二、仿真电路

搭建如图1所示电路，选择电源电压 $V_{DD}=15\,\textrm V$ ，负载电阻 $R_L=5\,\textrm kΩ$ 。
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$图1\,\,\textrm{MOS}管分压式偏置共源放大电路$ 电路中采用虚拟N沟道增强型MOS场效应管，其沟道长度 Channel length = 100 μm、沟道宽度 Channel width = 100 μm，模型参数 $U_{GS(th)}=2\,\textrm V$ ， $KP=2*I_{DO}/U^2_{GS(th)}=1*10^{-3}\,\textrm{A/V}^2$ 。
输入信号采用有效值为1 mV、频率为1 kHz的虚拟正弦波信号源。
N沟道增强型MOS管的参数设置如图2所示。 multisim设置mos管参数,模电Multisim实验,嵌入式硬件 $(a)\,\,\textrm L和\textrm W即为\textrm{Channel length}和\textrm{Channel width}$ $(b)\,\,\textrm{VTO}即\textrm{VT}和\textrm{KP}的位置$ $图2\,\,\textrm{MOS}管的参数设置$

三、仿真内容

选择电路中电容和电阻的数值：
确定耦合电容 $C_1$ 和 $C_2$ 为10 μF，旁路电容 $C_s$ 为100 μF。
设静态管压降 $U_{DSQ}=4\,\textrm V$ ，漏极电流 $I_{DQ}=2\,\textrm{mA}$ 。为使电路有足够大的输入电阻， $R_{g3}$ 确定为2 MΩ；为使电路有足够大的电压放大倍数， $R_d$ 确定为5 kΩ；选定 $R_{g1}$ 为150 kΩ， $R_s$ 为500 Ω；然后采用“参数扫描分析”，得到满足静态参数 $R_{g2}$ 为300 kΩ，如图3所示。
multisim设置mos管参数,模电Multisim实验,嵌入式硬件 $图3\,\,扫描R_{g2}时U_{DSQ}和I_{DQ}$

四、仿真结果

① 用数字万用表测量静态工作点 $U_{GSQ}=3.996\,\textrm V$ ， $U_{DSQ}=4.046\,\textrm V$ ， $I_{DQ}=1.992\,\textrm{mA}$ 。如图4所示。 multisim设置mos管参数,模电Multisim实验,嵌入式硬件 $图4\,\,Q点的测量$ ② 用示波器测得 $\dot A_u\approx-5$ 。设失真度为5%，测得最大不失真输出电压的有效值约为1.586 V。测量电路即结果如图5所示。 $(a)\,\,电压放大倍数\dot A_u的测量$ $(b)\,\,最大不失真输出电压的测量及结果$ $图5\,\,\dot A_u及最大不失真输出电压的测量$ ③ 增大输入电压有效值，输出电压波形将出现底部失真（见图6(a)），即由于场效应管进入可变电阻区而产生的失真，类似晶体管共射放大电路中的饱和失真。此时可采用减小 $R_d$ 以增大 $U_{DSQ}$ 、减小 $R_{g1}$ 或增大 $R_{g2}$ 以减小 $I_{DQ}$ 等方法来消除失真（见图6(b)）。将 $R_{g2}$ 增大至500 kΩ，增大输入电压峰值，输出电压波形将出现顶部失真，即截止失真（见图6( $c$ )）。此时增大 $R_{g1}$ 、减小 $R_{g2}$ 或 $R_{s}$ 可消除失真。
multisim设置mos管参数,模电Multisim实验,嵌入式硬件 $(a)\,\,输出波形底部失真$ $b)\,\,减小R_{g1}以减小底部失真$
$(c)\,\,输出波形顶部失真$ $d)\,\,减小R_{g2}以减小顶部失真$ $图6\,\,失真波形及减小失真的方法$ 应当指出，无论是在实验中，还是在仿真中，均很难看到如理论分析中出现“平顶”或“平底”的失真情况，因而常借助于失真度仪来帮助我们确定失真的程度。
④ 在其它参数不变的情况下，当 $R_{g2}$ 为288 kΩ时， $Q$ 点约在交流负载线的中点，此时再减小 $R_{g2}$ 会出现底部失真。
multisim设置mos管参数,模电Multisim实验,嵌入式硬件 $图7\,\,设置Q点约在负载线中点$ ⑤ 采用增大 $R_{g1}$ 、减小 $R_{g2}$ 或减小 $R_s$ 以增大 $I_{DQ}$ ，从而增大跨导 $g_m$ ，或者增大 $R_d$ 等放大，均可增大 $|\dot A_u|$ 。 $(a)\,\,|\dot A_u|\approx5.0$ multisim设置mos管参数,模电Multisim实验,嵌入式硬件 $(b)\,\,增大R_{g1}以增大|\dot A_u|\approx5.2$ $图8\,\,增大|\dot A_u|$ 文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-733963.html