手工制作石墨烯場效應管

01、振蕩電路

一、前言

不知道是真的還是假的， 今天看到一部短片，?其中短片作者利用石墨烯粉末徒手制作了一個場效應管，? 并將其應用在搭建的多諧振蕩電路中。這一點的確感到令人驚奇。?下面讓我們看看他是如何利用石墨烯粉末來制作場效應管的吧。

▲ 圖1.1.1 使用石墨烯自制的場效應管搭建的多諧振蕩電路

二、多諧振蕩器

1、電路原理圖

首先看一下視頻中的多諧振蕩電路，??這是一個由兩個NPN三極管組成的多諧振蕩電路。?這個電路利用了兩級三極管放大電路串聯(lián)形成正反饋，最后產(chǎn)生振蕩。?它的通常繪制方法，?是采用對稱的形式。?大家注意到這個電路中，?作為三極管的負載的LED并沒有串聯(lián)限流電阻。所以它應該只能工作在低壓電源下。

▲ 圖1.2.1 多諧振蕩電路

下面利用手邊的元器件測試一下這個電路。這是三極管BC547的參數(shù)。?在面包板上搭建電路，加上5V工作電壓，電路開始震蕩。?其中三極管基級電阻 R1、R2阻值為68k歐姆。

▲ 圖1.2.2 在面包板上搭建的測試電路

為了便于后面測試該電路工作電壓范圍，?將電路中電容容量減小，?改成0.1微法，?這是電路工作后對應的三極管的集電極與基極的電壓波形。?電路的工作頻率為494Hz。

▲ 圖1.2.3 在耦合電容為0.1微法時電路工作波形黃色：集電極信號，青色：基極信號

2、工作電壓范圍

下面通過Python編程自動測試多諧振蕩電路工作電壓對工作電流與振蕩頻率的影響。?將測量結(jié)果繪制成曲線。?下面是測量結(jié)果，?藍色曲線為電路振蕩頻率，橙色曲線為電路工作電流。?當電源電壓高于2.6V的時候，電路開始振蕩。?隨著工作電壓升高， 電路的工作電流基本上是線性增加。?電路振蕩頻率也隨著電壓升高而上升。

▲ 圖1.2.4 多諧振蕩器工作電壓與工作頻率與振蕩頻率之間的關(guān)系

原則上這個電路的振蕩頻率與電壓無關(guān)，僅僅取決于 電路中RC對應的時間常數(shù)。?但是隨著工作電流的增加， 發(fā)光二極管等效的電阻會下降，?從而也在一定長度上影響了電路的振蕩頻率。

為了對比，?將電路中的LED更換成兩個300歐姆的電阻，?重新測量電路工作電壓與電路振蕩頻率之間的關(guān)系。?看看工作電壓對頻率是否有影響。?通過測量結(jié)果，?可以看到當電路開始振蕩之后，振蕩頻率不太受到工作電壓的影響。?這說明了前面對于負載為LED情況下出現(xiàn)的振蕩頻率受到工作電壓影響的原因分析是正確的。

▲ 圖1.2.5 將多諧振蕩電路中的LED更換成300歐姆電阻后工作電壓與振蕩頻率

三、MOSFET振蕩電路

下面對于振蕩電路中的三極管，?都替換成N溝道MOSFET，重新測試一下電路是否能夠振蕩，以及振蕩電路的工作特性。? 這是手邊的兩只MOSFET， ?型號為17N50K，?根據(jù)期間的數(shù)據(jù)手冊，?它的柵極閾值電壓最大不超過4V。?下面在面包板上將原來三極管替換成這個MOS管，?相關(guān)的引線進行了調(diào)整。

▲ 圖1.3.1 將振蕩電路中的三極管改成MOS管

下面是測量結(jié)果。藍色是測量電路的振蕩頻率，橙色是電路工作電流。?可以看到電壓只有在一個很小的范圍內(nèi)，電路才振蕩。?這個電壓位于3V左右，恰好是MOS管柵極閾值電壓。?電路震蕩時工作電壓范圍在2.9V至3.2V之間。?當電壓小于2.9V， MOS管截止， 大于3.2V MOS管導通。電路停止振蕩。? 下面給出了電路振蕩時MOS管漏極電壓信號。

▲ 圖1.3.2 振蕩電路工作電壓與振蕩頻率和工作電流

可以看到在以MOS晶體管組成的多諧振蕩電路，?它的振蕩頻率隨著工作電壓升高而降低，?這一點與前面基于NPN三極管振蕩電路有很大區(qū)別。?通過實驗證明，使用MOS管組成的振蕩電路工作電壓范圍非常窄， 只是在MOS管的柵極閾值電壓附近，電路才能夠振蕩。

▲ 圖1.3.3 多諧振蕩電路工作電壓與振蕩頻率

下面將增強型場效應管改成耗盡型場效應管，?手邊有BF245耗盡型場效應管。?將它們替換原來的三極管，經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)電路始終無法振蕩。?有可能的原因是該三極管跨導參數(shù)太小，在負載為LED的情況下電壓增益無法超過1，?進而電路無法起振。

四、石墨烯場效應管

下面來看看視頻中是如何使用石墨烯制作場效應管的吧。?首先需要這種石墨烯粉末。?然后還需要這種環(huán)氧樹脂AB膠水。

▲ 圖1.4.1 制作原材料

首先將AB膠水擠出一些放在攪拌塑料盤上，?然后將石墨烯粉末倒在膠水上面。?下面將膠水與石墨烯粉末進行充分均勻混合。?接著增加環(huán)氧樹脂配方的第二種成分，并一起攪拌均勻。

場效應管的三個電極使用單面覆銅板制作。其中較大的是柵極，另外兩個窄條用作漏極和源極。這里給他們分別焊接上對外的引線。?為了防止柵極與漏極和源極短路，在柵極表面粘貼一個雙面膠進行隔離。?然后將前面配置好的石墨烯膠水涂抹在柵極膠帶紙上。?然后將漏極和源極電極粘貼在柵極上石墨烯膠水上。?將源極和漏極電極板盡可能緊緊壓制在柵極板上。?至此，基于石墨烯的場效應管基本上就大功告成了。?使用剩余的石墨烯膠水涂抹在整個電極外邊，用作器件的封裝。

▲ 圖1.4.2 使用石墨烯膠水將三個電極固定在一起

由于AB環(huán)氧樹脂膠完全固化需要等待一段時間。下面讓整個制作完成的場效應管靜靜的進行固化。?使用相同的方式制作兩個這樣的場效應管。?再利用可以固化的橡皮泥將整個器件封裝起來。?將制作好的石墨烯場效應管焊接外部引線。?將它們引入前面多諧振蕩器進行測試。?加電測試，看是否能夠振蕩。?加電后可以看到電路能夠完美的進行振蕩了。

※ 總結(jié) ※

本文介紹了網(wǎng)絡上別人使用石墨烯粉末手工制作場效應管的過程。?制作器件完成后，作者利用了一個多諧振蕩器來演示該MOS管的放大特性。?說實在的對于他制作場效應管所使用的這個配方，是真的還是假的？我也不知道， 深表懷疑。?大家說說你們的看法吧。?我總覺得有一種被他欺騙的感覺。