Описание принципиальной схемы

Им. проф. М. А. Бонч-Бруевича»

________________________________________________________________________

Кафедра схемотехники электронных устройств (СЭУ)

Курсовой проект
« Проектирование предварительных каскадов

RC-усилителей систем передачи информаци»

Выполнила студентка группы Р-82:

Пунько Е.В.

Проверил:

 Алексеев А.Г.

Санкт-Петербург

2011г

Содержание:

1. Задание………………………………………………………………...3

2. Описание принципиальной схемы ……………………………….…4

3. Расчет элементов схемы по постоянному току …………….………5

               3.1 Предварительный расчет резисторов по постоянному току…..6

                3.2 Предварительный расчет резисторов диода V1……………..…6

                3.3 Предварительный расчет по постоянному току каскада на    

                       полевом транзисторе V2 ………………………………………7

                3.4 Расчет по постоянному току каскадов на биполярных

                       транзисторах V3, V4 ………………………………………….…8

                3.5 Проверка расчета по постоянному току с помощью

                      компьютера……………………………………………………..…9

4.            Расчет усилителя на переменном токе……………………………..11

4.1 Составление эквивалентной схемы…………………………...…11

4.2 Построение амплитудно-частотной характеристики……………………………………………….…….…14

4.3 Расчет сопротивления передачи…………………………………………………………….…16

4.4 Выполнение технических условий………………………………16

Литература………………………………………………………………………….20

Задание

Проектное задание:

Задание на курсовой проект представляет собой технические условия, по которым надлежит спроектировать устройство, работающее в режиме малого сигнала.  

Цель работы: Рассчитать усилитель по схеме, представленной на рис.1.

Исходные данные:

Вариант технического задания: 050

V1- фотодиод ФДК- 227, используемый в качестве источника сигнала;

V2-полевой транзистор типа КП307А; 

V3 и V4 - биполярный транзистор типа КТ375А.

Ео=11В - источник питания;  

R_2Н =1кОм - сопротивление внешней нагрузки;

fн  =10 кГц - нижняя граничная частота;  

fв =3 МГц - верхняя граничная частота.

Конденсаторы С1-С6 выбираются равными 1…5 мкФ;

I1=1мкА - ток источника сигнала;

С7=5пФ - ёмкость внешней нагрузки.

Параметры полевого транзистора КП307А:

I_{c нач} = 6мА- начальны ток стока;

S_max=9 мA/B - максимальная крутизна;

U_отс.= -3В - напряжение отсечки;

Cзи = 5 пФ - ёмкость входная;

Сзс =1.5 пФ - ёмкость проходная;

Uзи = -1В - напряжение затвор-исток .

Параметры биполярного транзистора КТ382А малой мощности типа n-p-n:

Pк=100 мВт – допустимая мощность рассеиваемая на коллекторе;

Uкэ max=15 В - максимальное напряжение коллектор-эмиттер;

Iк max=20мА - максимальный постоянный ток коллектора;

h₂₁ max=330 - коэффициент усиления по току максимальный;

h₂₁ min =40 - коэффициент усиления по току минимальный ;

fт =1800 МГц - частота единичного усиления;

Ск=2 пФ - ёмкость коллекторного перехода;

τ_к =15 пс - постоянная времени цепи обратной связи.

Описание принципиальной схемы

Принципиальная схема усилителя представлена на рис. 1.

             Рис.1 Принципиальная схема усилителя.

Источником сигнала является ток фотодиода – V1. Если свет на фотодиод не падает, диод V1 закрыт и его внутреннее сопротивление велико. Вследствие этого источником сигнала является генератор тока. Элементы С1, R2 образуют развязывающий фильтр по цепям питания (Е₀).

В качестве активного элемента первого каскада выбран полевой транзистор, так как он обладает меньшим уровнем собственных шумов.Входная цепь устройства образована входной суммарной емкостью, состоящей из проходной емкости Сд фотодиода V1, входной емкости Свх транзистора V2 и емкости монтажа См, а также входным сопротивлением каскада V2. Хотя входное сопротивление транзистора V2 - rзи велико, входное сопротивление каскада определяется делителем напряжения на его затворе       

( параллельным соединением резисторов R3 и R4). Данная входная цепь и будет определять частоту верхнего среза f_ВХ . Биполярный транзистор V3, включенный по схеме общий коллектор (ОК) служит буферным каскадом с большим входным и малым выходным сопротивлением. Транзистор V4 включен по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Внешней нагрузкой предварительного усилителя является входное сопротивление и входная ёмкость основного усилителя. Для учета их влияния подключена цепочка R12 и С7 (рис.2,а).

Для расширения полосы пропускания в области верхних частот в этом каскаде может быть применена отрицательная обратная связь (ОС) и основанная на ней эмиттерная коррекция (R11,C5). Если в схеме рис.1 удалить конденсатор С5, то благодаря резистору R11возникнет местная ОС. Вследствие этого уменьшится коэффициент усиления и увеличится частота верхнего среза до fв _F (рис. 2б).

 На рис.2,а показана схема каскада на транзисторе V4 с элементами, позволяющими расширять полосу усиливаемых частот. В качестве элемента ОС выступает резистор R'11. Он определяет глубину ОС F на средних частотах, а следовательно и коэффициент усиления с обратной связью. Резистор R''11 зашунтирован конденсатором С5 и на харктеристики усилителя в области верхних частотах влияния не оказывает. При таком методе изменения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) режим работы транзистора V4 на постоянном токе не должен изменяться.

Общее сопротивление в эмиттерной цепи необходимо сохранять прежним R11=R'11+R''11. На рис.2,б красным цветом изображена АЧХ каскада усиления на транзисторе V4 (рис.1) с верхней граничной частотой по уроню -3дБ fв  _. Синим цветом изображена АЧХ каскада усиления по рис.2,а, в котором ОС создается резистором R'11.Верхняя граничная частота в схеме с ОС fв  F > fв  _.

        а)                                                    б)

.         Рис.2 Высокочатотная эмиттерная коррекция

На рис.2,б красным цветом изображена АЧХ каскада усиления на транзисторе V4 (рис.1) с верхней граничной частотой по уроню -3дБ fв  _. Синим цветом изображена АЧХ каскада усиления по рис.2,а, в котором ОС создается резистором R'11.Верхняя граничная частота в схеме с ОС fв  F > fв  _. Дальнейшее увеличение fв  F    за счет увеличения глубины ОС приведет снова к уменьшению коэффициента усиления. Избежать этого можно применив в схеме рис.2,а эмиттерную высокочастотную коррекцию. Она заключается в том, что параллельно резистору R'11 подключается конденсатор небольшой емкости С_КОР , который шунтирует этот резистор на высоких частотах и тем самым устраняет ОС. Влияние корректирующей ёмкости на АЧХ иллюстрирует рис.2,б, где fв с_кор2 > fв с_кор1, при этом С_КОР2 > С_КОР1.

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