Дисциплина Основы схемотехники.

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

Кафедра СЭУ

Дисциплина:

Основы схемотехники.

Курсовая работа: «Проектирование предварительных каскадов RC-усилителей систем передачи… Вариант 000153

Проектное задание.

 

Проектирование входного широкополосного RC-усилителя, работающего в режиме малого сигнала, источником сигнала которого является генератор тока. Подобные усилители находят широкое применение в видеоаппаратуре, а также в блоках управления радио- и видеотехникой. Особенность проектирования заключается в том, что по ряду показателей – стабильности коэффициента усиления, динамическому диапазону входных сигналов и полосы пропускания, к усилителям предъявляются достаточно высокие требования.

Рис.1. Принципиальная схема усилителя.

 

Данные по варианту 153:

 

Классификационный индекс полевой транзистора КП 307Б и его параметры:

I_{с нач} = 10 мА

S_max = 15 мА/В

U_отс = -5 В

U_ЗИ = -2 В

C_ЗИ = 5 пФ

C_ЗС = 1.5 пФ

Iут.з.=1 нА

 

 

Параметры биполярного транзистора малой мощности типа n-p-n (КТ375А):

P_к= 200 мВт

U_{кэ max}= 30 В

I_{к max} = 10 мА

h_{21 max} = 300

h_{21 min} = 60

f_т = 250 МГц

C_к = 5 пФ

τ_к = 300 пс

 

 

Величина напряжения источника питания: E₀ = 12 В;

Сопротивление внешней нагрузки: R_2H = 1.0 кОм;

Полоса пропускания:

Нижняя частота: ;

Верхняя частота: _;

Конденсаторы: C₁-C₆=1÷5 мкФ;

Ток источника сигнала: I₁=1 мкА;

Ёмкость внешней нагрузки: С₇=5 пФ.

Предварительный расчет резисторов по постоянному току.

 

Предварительный расчет резисторов диода V1.

Параметры фотодиода V1-ФДК-227: рабочее напряжение, темновой ток , фототок .  

Предварительный расчет по постоянному току каскада на полевом транзисторе V2 (рис.4.).

 

Транзистор КТ375А имеет следующие справочные данные:

 

Ток стока начальный – I_{с нач} = 10 мА; Напряжение отсечки – U_отс = - 5 В;

Ток утечки затвора - I_ут.з.= 1 нА; Ёмкость затвор-исток - C_зи = 5 пФ;

Максимальная крутизна – S_макс = 15 мА/В; Ёмкость проходная – С_зс = 1.5 пФ.

 

Рис.4. Принципиальная схема по постоянному току каскада V2 (слева)

и типовая вольт-амперная характеристика полевого транзистора с n-каналом (справа).

 

Для расчета резисторов R₃, R₄, R₅ и R₆ сначала необходимо рассчитать точку покоя полевого транзистора V2, исходя из его параметров: начального тока стока , максимальной крутизны и напряжения отсечки U.

Выберем напряжение затвор-исток _, . Тогда ток стока и крутизну вычислим согласно выражения:

_.

Выбираем напряжение на истоке а напряжение сток-исток Тогда напряжение на стоке равно _=.

Отсюда сопротивления в цепи истока и стока равны ,

.

Напряжение на затворе равно .

Рассчитаем сопротивление R_4, исходя из заданной верхней частоты _. Так как частота верхнего среза входной цепи должна быть больше _, а она определяется сопротивлением R₄ и суммарной емкостью , где – проходная емкость диода, С_вх – входная емкость транзистора V2, С_м – емкость монтажа.

Рассчитаем входную емкость транзистора по формуле С_вх=С_зи+(S*R₅+1)*C_зс=20 пФ.

Суммарная емкость равна С = 22 пФ. Необходимо взять такое R₄, что бы выполнялось неравенство R₄Ом.

Следовательно, R₄ будет равно 3600 Ом (3.6 кОм). Определяем ток делителя I_д2 = = 0.111 мА и сопротивление резистора R₃ = = 104.5 кОм.

Расчет по постоянному току каскадов на биполярных транзисторах V3, V4 (рис.5.).

 

Рис.5. Принципиальная схема каскадов

на биполярных транзисторах по постоянному току.

 

Транзистор КТ375А имеет следующие справочные параметры:

-транзистор биполярный кремниевый;

-U_БЭ = 0.7 В;

- коэффициент усиления по току минимальный h_{21 min} = 60;

- коэффициент усиления по току максимальный h_{21 max} = 300;

- частота единичного усиления f_T = 250 МГц;

-максимальный постоянный ток коллектора I_kmax = 10мА;

-максимальное напряжение коллектор-эмиттер U_кэmax = 30 В;

-постоянная времени цепи обратной связи _к = 300 пс;

-ёмкость коллекторного перехода С_к = 5 пФ;

-допустимая мощность рассеиваемая на коллекторе P_к = 200 мВт.

Выберем ток покоя V4: I_k4. При выборе I_k4 меньше 5 мА расчетные данные с данными программы FASTMEAN не совпадают, поэтому возьмем большее значение. Получается I_k4 = 8 мА. Учитывая, что коллекторный ток транзистора V3 меньше, чем переменный ток коллектора V4, выбираем постоянный коллекторный ток I_k3I_k4, тогда

I_k3 = 6 мА.

Установив напряжение коллектор – эмиттер V4: U_КЭ,4 = = 6 В и напряжение на эмиттере V4: U_Э4 = 0.1*Е₀ = 1.2 В, можно определить напряжение U_Б4 = U_Э3 = U_Э4+U_БЭ,

где U_БЭ = 0.7 В для кремниевых транзисторов. Получим U_Б4 = U_Э3 = 1.9 В.

Напряжение на базе V3: U_Б3 = U_Э3+U_БЭ = 2.6 В.

Напряжение на коллекторе V4: U_К4 = U_Э4+U_КЭ,4 = 7.2 В.

Для вычисления токов базы I_Б3 и I_Б4 и дальнейших расчетов определим коэффициенты передачи по току h₂₁, используя крайние значения

h₂₁ = 134. Тогда I_Б3 и I_Б4 будут равны:

I_Б3 =0.045 мА, I_Б4 =0.06 мА, а I_Э3 = I_КЗ*(1-) = 6.045 мА, I_Э4 = I_К4*(1-) = 8.06 мА.

Примем ток делителя I_Д3 ≥ 10* I_Б3 10*0.045 мА 0.45 мА. Выберем I_Д3 = 0.5 мА.

Теперь можно вычислить сопротивления резисторов R₇ , R₈ , R₉, R₁₀, R₁₁ :

R₇ = = 18 кОм;

R₈ = = 5.1 кОм;

R₉ = = 330 Ом;

R₁₀ = = 620 Ом;

 

R₁₁ = = 150 Ом.

 

Проверка расчета по постоянному току каскадов на биполярных транзисторах V3 и V4 с помощью компьютера.

Для проверки расчетов по постоянному току каскадов на биполярных транзисторах V3 и V4 можно использовать компьютер (программу FASTMEAN). Составим…  

Расчет усилителя на переменном токе.

 

Составление эквивалентной схемы

Этот расчет также проведем при помощи программы FASTMEAN. Для этого составим полную эквивалентную схему усилителя на переменном токе (для всех…    

Построение амплитудно-частотной характеристики

Используя программу FASTMEAN, получаем АЧХ коэффициента передачи тока . Эта функция комплексная, поэтому ее можно представить в виде модуля и фазы .… Модуль функции передачи (на оси Y) удобно представлять в дБ, частоту (на оси…  

Расчет сопротивления передачи

Используя программу FASTMEAN, получим также частотную характеристику сопротивления передачи . В связи с тем, что исследуемая функция не…