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 R₄и 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, R₄будет 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 h₂₁_min = 60;

- коэффициент усиления по току максимальный h₂₁_max= 300;

- частота единичного усиления f_T = 250 МГц;

-максимальный постоянный ток коллектора I_kmax = 10мА;

-максимальное напряжение коллектор-эмиттер U_кэ_max = 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_k₄меньше 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_k_4,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,