Файл: Проектирование усилителяфотоприёмника воспи.docx

МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ,

СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

ИМ. ПРОФ. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

(СПбГУТ)

__________________________________________________________
Факультет «Инфокоммуникационных сетей и систем»

Кафедра «Электроники и схемотехники»

Дисциплина «Схемотехника»
Курсовой проект на тему:
«Проектирование усилителя-фотоприёмника ВОСПИ»

Выполнил: студент группы ИКТК-12

Кряжев Н.В.

Номер зачётной книжки: 2105240

Проверил: канд.т.н., старш.науч.с. доцент

Никитин Ю. А.

Оглавление

---

1. 
   Задание на проектирование
   

1. 
   Требования к проектируемому устройству
   

Содержанием курсового проекта является проектирование широкополосного RC-усилителя, источником сигнала которого является генератор тока. Подобные усилители находят широкое применение помимо оптической связи 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. Поэтому данное методическое указание поможет в проектировании подобных устройств.

2. 
   Проектное задание
   

Задание на курсовой проект представляет собой технические условия, по которым надлежит спроектировать устройство, работающее в режиме малого сигнала. В задании каждому студенту указываются следующие данные:

-тип полевого транзистора,

-тип биполярного транзистора,

-тип операционного усилителя,

-напряжение источника питания E0,

-сопротивление внешней нагрузки R_2Н,

-нижняя рабочая частота fн ,

-верхняя рабочая частота fв

-выходное напряжение U₂.

3. 
   Техническое задание
   

Последние три цифры зачетной книжки студента определяют технические требования к курсовому проекту.

Третья цифра с конца номера зачетной книжки определяет классификационный индекс полевого транзистора и его параметры, приведенные в табл. 1.

Табл. 1 – параметр полевого транзистора

№	Параметр	Нач. ток стока Ic нач	Крутизна макс. Smax	Напряжение отсечки Uотс.	Сзс	Cзи
	Единицы измерения	мA	мA/B	B	пФ	пФ
2	КП310А	5	6	-6.0	0.5	2.5

---

Вторая цифра с конца номера (предпоследняя цифра) зачетной книжки определяет типы биполярных транзисторов. Параметры биполярных транзисторов малой мощности типа n-p-n приведены в табл. 2.

Табл. 2 – параметры биполярных транзисторов

№	Тип транзистора	Рк	Uкэ max	Iк max	h21max	h21min	fт	Ск	τк
		мBт	В	мA			МГц	пФ	пс
4	КТ382А	100	15	20	330	40	1800	2.0	15

Третья цифра (табл. 3) определяет величину напряжения источника питания Eо , величину действующего значения выходного напряжения U_{2Н n-n} ­(от пика до пика) и полосу пропускания fн и fв .

Табл. 3 – параметры элементов схемы

№	Источник питания Е0	Выходное напряжение U2Н	Нижняя частота fн	Верхняя частота fв
	В	В	кГц	МГц
0	12	8	5	35

Тип используемого ОУ (Табл.4) определяется студентом также из табл. 3. по последней цифре с зачетной книжки.

Основные параметры микросхемы AD1 операционного усилителя (ОУ) приведены в табл.4.

---

Табл.4 – основные параметры ОУ

	Тип ОУ	Частота единичного усиления f1, МГц	Входной ток, пA	Напряжение питания, В	Коэффициент усиления ОУ, дБ
0	OPA818	2700			92

Емкости разделительных и блокировочных конденсаторов С1-С8 выбираются студентами равными 0,1…5 мкФ.

Ток источника сигнала I_m1=1мкА. Сопротивление внешней нагрузки R_2Н=3кОм.

2. 
   Описание принципиальной схемы
   

Принципиальная схема усилителя представлена на рис. 1. Усилитель состоит из предварительных каскадов и основного усилителя [1,2].

Источником сигнала является ток фотодиода – V1. Даже когда свет падает на фотодиод V1, его внутреннее сопротивление при фототоке I_m1=1мкА остаётся большим. Вследствие этого источник сигнала является генератором тока. Элементы С1, R2 образуют развязывающий фильтр по цепям питания (Е₀).



Рис. 1. Принципиальная схема усилителя
В качестве активного элемента первого каскада выбран полевой транзистор, так как он обладает меньшим уровнем собственных шумов и малым входным током затвора. 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.

Хотя входное сопротивление полевого 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 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 питанияЕ

---

₀ операционного усилителя AD1. По этой причине R12=R13. Чтобы коэффициент усиления каскада на V4 не снижался из-за шунтирования его нагрузки R10 резисторами R12 и R13 их следует выбирать равными (5…20)·R10 и более (в случае использования более мощных схем), поскольку входные токи ОУ малы (от единиц фемтоампер), но не превышают десятков микроампер (обычно являются справочными данными, которые указываются в спецификациях - Data Sheets – на ОУ на сайтах фирм-производителей и справочных материалов для разработчиков).

Для расширения полосы пропускания в области верхних частот в каскаде ОЭ (ОИ) может быть применена индуктивная коррекция в цепи коллектора транзистора V4 (стока транзистора V2), либо отрицательная обратная связь (ООС) и основанная на ней эмиттерная коррекция (R11, C5) в каскаде на V4 или истоковая коррекция (R6, C3) в каскаде на полевом транзисторе V2 [6]. В области нижних частот спад АЧХ определяется дифференцирующими цепочками на разделительных конденсаторах С2, С4, C6, С7, С8.

Конденсаторы С3 и С5 устраняют местную отрицательную обратную связь по сигналу в транзисторных каскадах и также могут использоваться для частотной коррекции полосы рабочего диапазона частот.

Основное усиление сигнала по напряжению выполняет транзисторный каскад на транзисторе V4 и каскад на ОУ AD1. Операционный усилитель должен довести выходное напряжение на средней частоте рабочего диапазона до заданного (действующего значения) U2Н (табл. 3).

Сигнал подаётся на неинвертирующий вход ОУ AD1. На этот же вход подаётся напряжение смещения с делителя R12, R13. Оно необходимо для получения симметричного питания ОУ в схеме с однополярным источником Е0.

Для того, чтобы ОУ не усиливал постоянное напряжение, искусственной средней точки Е0/2 в схему введен конденсатор С7. На постоянном токе его сопротивление равно бесконечности (разрыв цепи) и ОУ на своем выходе повторяет постоянную составляющую входного напряжения Е0/2, но усиливая в заданное число раз сигнал в рабочей полосе частот.

3. 
   Расчёт 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. На этом рисунке показаны только те элементы схемы, по которым протекают постоянные токи.

---