Расчет элементов схемы по постоянному току

Проектное задание

По заданным техническим условиям необходимо спроектировать устройство, работающее в режиме малого сигнала

· Параметры фотодиода типа V1-ФДК-227:

Темновой ток I_тем=0,1 мкА

Амплитуда фототока I_m1=1 мкА

· Параметры полевого транзистора типа КП 307А:

Начальный ток стока I_{c нач}=6мА

Крутизна макс. S_max=9мА/В

Напряжение отсечки U_отс=-1,5В

Входная емкость C_зи=5пФ

Проходная емкость С_зс=1,5пФ

Ток утечки затвора I_ут.з=1нА

Сопротивление затвор-исток r_зи=1000МОм

· Параметры биполярных транзисторов типа КТ342Б:

Напряжение база-эмиттер U_бэ=0,7В

Мин. коэфф. усиления по току h_21min=200

Макс. коэфф. усиления по току h_21max=500

Частота единичного усиления f_T=300МГц

Макс. постоянный ток коллектора I_{к max}=50мА

Макс. напряжение коллектор-эмиттер U_{кэ max}=25В

Постоянная времени цепи ОС τ_к=300пс

Емкость коллекторного перехода С_к=8пФ

Допустимая мощность, рассеиваемая P_к=250мВт

на коллекторе

· Напряжение источника питания Е₀=9В

· Выходное напряжение (действующее значение) U_2н=2В

· Нижняя частота =10кГц

· Верхняя частота =1 МГц

· Параметры микросхемы AD1 операционного усилителя типа ОРА622:

Частота единичного усиления f₁=250МГц

Коэффициент усиления ОУ k=80дБ

· Конденсаторы С1=С2=…=С8=2мкФ

· Сопротивление внешней нагрузки R_2н=3кОм

Принципиальная схема

Принципиальная схема усилителя представлена на рис. 1.

Усилитель состоит из предварительных каскадов и основного усилителя.

Источником сигнала является ток фотодиода – V1.

Элементы С1, R2 образуют развязывающий фильтр по цепям питания (Е₀).

В качестве активного элемента первого каскада выбран полевой транзистор. Входная цепь устройства образована входным сопротивлением каскада V2 и суммарной емкостью С, состоящей из проходной емкости С_Д фотодиода V1, входной емкости Свх транзистора V2 и емкости монтажа См. Входное сопротивление каскада определяется делителем напряжения на его затворе. Данная входная цепь и будет определять частоту верхнего среза .

Биполярный транзистор V3, включенный по схеме общий коллектор (ОК) служит буферным каскадом с большим входным и малым выходным сопротивлениями.

Транзистор V4 включен по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Его нагрузкой является делитель напряжения на резисторах R12 и R13, обеспечивающий потенциал средней точки однополярного напряжения питания Е₀ операционного усилителя AD1.

Для расширения полосы пропускания в области верхних частот применяестя отрицательная обратная связь и основанная на ней эмиттерная коррекция (R11,C5).

В области нижних частот АЧХ определяется разделительными конденсаторами С2,С4,C6,С7,С8 и блокировочными конденсаторами С3 и С5, устраняющими местную обратную связь по сигналу.

Основное усиление сигнала по напряжению выполняет ОУ AD1, на неинвентирующий вход которого подается сигнал и напряжение смещения с делителя R12, R13, необходимое для получения симметричного питания ОУ в схеме с однополярным источником Е_0.

Расчет элементов схемы по постоянному току

Расчет элементов необходимо начать с обеспечения режимов работы фотодиода и транзисторов по постоянному току. Схема усилителя по постоянному току представлена на рис. 2.