Методические указания к курсовому проектированию предварительных каскадов RC-усилителей систем передачи информации

Этот параметр показывает во сколько раз величина сигнала должна быть больше собственных шумов устройства приведенных ко входу.

Рис. III  Эквивалентная шумовая модель устройства для вычисления  отношения сигнал/шум

Обычно,  значения этого  параметра  лежат в диапазоне 40…60 дБ.

Часть  II

Пример  расчета

Рассмотрим пример расчета  по заданию, номер  которого определяется цифрами 363.

Исходные данные:

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

V2-полевой транзистор КП307Г;  V3 и V4 –биполярный транзистор  КТ382А; Ео=12В –источник питания;   R12=1кОм –сопротивление внешней нагрузки;

fн =10 кГц – нижняя граничная частота;   fв=2 МГц – верхняя граничная частота.

Цель работы:

Рассчитать  усилитель по схеме, представленной на рис.1.

Рис.21 (1)   Принципиальная схема усилителя

В скобках далее указывается номер рисунка  или  таблицы, встречавшихся ранее.

I Предварительный расчет по постоянному току

1. Расчет цепей питания фотодиода V1

На фотодиод ФДК-227 имеются следующие справочные параметры:

Рабочее напряжение  -- u раб= -10 В,      темновой ток – Iтем= 0.1 мкА, фототок- I1=1 мкА,       проходная ёмкость – Сд =1пФ.

Принципиальная схема цепей питания фотодиода V1  и его типовая вольт-амперная характеристика  приведены на рис.22(4).

а)                                                        б)

Рис.22 . Принципиальная схема  цепей питания фотодиода а)  и его типовая  вольт-амперная характеристика б)

Обратное смещение на фотодиод подается для вывода его в линейную область   ВАХ.  Одновременно с этим увеличение напряжения Uак  уменьшает проходную емкость фотодиода.

Выберем напряжение анод-катод фотодиода Uак=8В. Тогда на резисторах (R1+R2)  должно быть падение напряжения ,  равное Eо - Uк =12- 8=4 В.

Если выбрать напряжение на аноде Uа=1В, то напряжение на катоде Uк=Uа+Uак=1+8=9 В. Теперь вычислим сопротивления R1и R2. Так  при токе фотодиода  I1=1мкА

R1= U_а/I1=1В/1*10 ^-6  А=1 МОм ,    R2= (Е₀ --U_К )/I1=(12-9) В/ 1*10 ^-6  А =3МОм

На рис. 4,б показана точка покоя  А  с координатами (I1=1мкА, Uак=8В), из чего следует, что сопротивление фотодиода постоянному току в этой точке R_Д=8 Мом.

Сопротивления резисторов R1,R2   выбираем из  номинального  ряда  (Табл.6).

Табл.6

2.   Расчет по постоянному току каскада на транзисторе V2

Транзистор КП307Г имеет следующие справочные данные:

Ток стока начальный –      Iс нач=16 мА;         Напряжение отсечки –     U отс= - 3В;

Ток утечки затвора --          I_УТ.З=1 нА;             Ёмкость затвор-исток  -   Cзи = 5 пФ,        

Максимальная крутизна – Sмакс=12 мА/В;      Ёмкость проходная –       Сзс =1.5 пФ;

Сопротивление  затвор – исток   rзи=  U_ЗИ/ I_УТ.З =1В/1нА=100 МОм.

Принципиальная схема каскада на полевом транзисторе V2 по постоянному току представлена на рис.23.

а)                                                           б)

Рис. 23  Принципиальная схема по постоянному току каскада V2 а)  и типовая вольт- амперная характеристика полевого транзистора с n-каналом б)

Выберем напряжение затвор-исток  U_ЗИ ≤ U_ОТС / 2 = -1В. Тогда ток стока  будет

Выберем напряжение сток-исток   U_СИ=Е₀/2=12/2=6 В,   а напряжение на истоке U_И = 0.2Е₀ = 0.2*12 = 2.4 В.   Тогда напряжение на стоке  U_С= U_И+ U_СИ =2.4+6=8.4В,   а напряжение на затворе U_З=U_И+U_ЗИ=2.4 -1.0=1.4 В.

Теперь вычислим сопротивления резисторов  R3=(Е₀- U_З)/ Iд2,  где  Iд2--ток делителя. Ток делителя  можно определить, зная сопротивление резистора R4. Рассчитаем сопротивление R4 исходя из заданной верхней частоты fв_.  Так как частота среза   входной цепи  в области верхних частот  определяется суммарной емкостью С и сопротивлением R4,  а частота среза входной цепи должна быть больше  fв , то сопротивление R4  можно определить из неравенства                  R4≤  1/(2π fв  C).

Находим   R4=1/ 2π*2*10⁶*15*10^-12=5.6 кОм,   где C=15 пФ.

При этом ток делителя Iд2= Uз/R4=1.4/5.6=0.25 мА  .

R6 = U_И /I_С = 2.4/ 7.1= 0.33 кОм

По номинальному ряду (Табл.6)  R3=43 кОм,  R4=5.6 кОм,  R5=510 Ом,    R6=330 Ом.

3.   Предварительный расчет каскадов по постоянному току на биполярных транзисторах V3 и  V4

Принципиальная схема каскадов V3 и  V4 по постоянному току представлена на рис.24

Рис.24.    Принципиальная схема каскадов на биполярных транзисторах по   постоянному току

Транзистор КТ382А  имеет следующие справочные параметры:

-транзистор биполярный кремниевый;

-UБэ=0.7 В;

- коэффициент усиления по току минимальный   h₂₁ min  =  40;

- коэффициент усиления по току максимальный  h₂₁ max=330;

- частота единичного усиления  fт =1.8 ГГц;

-максимальный постоянный ток коллектора Iк max=20мА;

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

-постоянная времени цепи обратной связи   τ_к =15пс;

-ёмкость коллекторного перехода   Ск=2 пФ;

-допустимая мощность рассеиваемая на коллекторе Pк=100 мВт.

Выберем токи покоя  транзисторов