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 Iтем=0,1 мкА
Амплитуда фототока Im1=1 мкА
· Параметры полевого транзистора типа КП 307А:
Начальный ток стока Ic нач=6мА
Крутизна макс. Smax=9мА/В
Напряжение отсечки Uотс=-1,5В
Входная емкость Cзи=5пФ
Проходная емкость Сзс=1,5пФ
Ток утечки затвора Iут.з=1нА
Сопротивление затвор-исток rзи=1000МОм
· Параметры биполярных транзисторов типа КТ342Б:
Напряжение база-эмиттер Uбэ=0,7В
Мин. коэфф. усиления по току h21min=200
Макс. коэфф. усиления по току h21max=500
Частота единичного усиления fT=300МГц
Макс. постоянный ток коллектора Iк max=50мА
Макс. напряжение коллектор-эмиттер Uкэ max=25В
Постоянная времени цепи ОС τк=300пс
Емкость коллекторного перехода Ск=8пФ
Допустимая мощность, рассеиваемая Pк=250мВт
на коллекторе
· Напряжение источника питания Е0=9В
· Выходное напряжение (действующее значение) U2н=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 R2н=3кОм
Принципиальная схема
| Рис.1 |
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 СД 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 Е0.
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.
| Рис.2 |