Skhemotekhnika_139030

-3дБ		-3дБ

Рисунок 10 – АЧХ коэффициента усиления тока

На средних частотах коэффициент усиления составляет 73,2дБ. Определим полосу пропускания усилителя по уровню -3дБ. Полоса пропускания получилась от 1,34МГц до

78,6кГц.

4.3. Расчет сопротивления передачи

Используя программу Fastmean, получаем также частотную характеристику сопротивления передачи R(f)=U(14)/I1. Для этого в диалоговом окне производим необходимые изменения. Устанавливаем на обеих осях логарифмические масштабы и убираем db из отношения U(14)/I1.

Рисунок 11 – Частотная характеристика сопротивления передачи

На средних частотах сопротивление передачи составляет R=3,67МОм. Рассчитаем максимальное выходное напряжение спроектированного усилителя-преобразователя токнапряжение. Амплитуду тока сигнала определяем как разность между током фотодиода в точке покоя и темновым током:

Im I1 Iтем 1 10 6 0,1 10 6 0,9 10 6 А 0,9мкА

Амплитуда выходного напряжения будет равной:

Um (14) Im R 0,9 10-6 3, 67 106 3,3В

4.4. Выполнение технических условий:

11

Для удобства определения полосы пропускания уменьшим частотный диапазон характеристики сопротивления передачи (рисунок 12). Граничные частоты находим по уровню 0,707 по отношению к значению на средних частотах. Из рисунка 12 следует, что нижняя граничная частота оказывается выше указанной в техническом задании (f=77,3кГц>10кГц), а верхняя граничная частота больше заданной (f=1,35МГц>1МГц).

Рисунок 12 – Характеристика сопротивления передачи с уменьшенным частотным диапазоном

Для выполнения технических условий в области нижних частот необходимо увеличивать емкости разделительных и блокирующих конденсаторов. Попробуем определить, какой из конденсаторов в большей мере ограничивает полосу пропускания в области нижних частот. Для этого построим характеристики передаточных сопротивлений (рисунки 17, 18, 19) в узлах 3, 6, 13 из рисунка 9.

Рисунок 13 - Характеристика сопротивления передачи в узле 3

Рисунок 13 показывает, что участок схемы от источника сигнала до узла 3 (U(3)/I1) практически не создает спада характеристики в области нижних частот. Увеличивать емкости конденсаторов С1 и С2 не требуется.

12

Рисунок 14 - Характеристика сопротивления передачи в узле 6

На характеристике (рисунок 14), построенной для участка схемы от источника сигнала до узла 6 (U(6)/I1), ярко выраженный спад наблюдается на частотах до 2кГц. Емкости конденсаторов С3 и С4 оставляем без изменения.

Рисунок 15 - Характеристика сопротивления передачи в узле 13

Однако, на характеристике (рисунок 15), построенной для участка схемы от источника сигнала до узла 13 (U(13)/I1), низкочастотный спад начинается уже на частотах в несколько десятков кГц и на частоте 20кГц оказывается недопустимым. Характеристика (рисунок 11), соответствующая всему устройству, незначительно отличается от характеристики на рисунке 15. Исходя из этого, делаем вывод, что необходимо увеличить емкость конденсатора С5.

13

Рисунок 16 – Частотная характеристика сопротивления передачи в узле 13 после увеличения емкости С5

Увеличив емкость С5 до 4,7мкФ, получаем удовлетворительное решение (рисунок 16). Представим измененную эквивалентную схему по переменному току.

Рисунок 17 - Полная эквивалентная схема по переменному току

Получили характеристику, удовлетворяющую требованиям технического задания (рисунок 18). На средних частотах сопротивление передачи составляет R=3,85МОм. Рассчитаем максимальное выходное напряжение спроектированного усилителяпреобразователя ток-напряжение. Амплитуду тока сигнала определяем как разность между током фотодиода в точке покоя и темновым током:

туда выходного напряжения будет равной:

Um (14) I m R 0,9 10-6 3,85 106 3,47В

14

Рисунок 18 - Частотная характеристика сопротивления передачи, удовлетворяющая требованиям технического задания.

На рисунке 18 стрелки линеек установлены на граничные частоты по техническому заданию. Модуль сопротивления передачи на этих частотах превышает необходимый уровень 0,707 от 3,85МОм, равный 2,72Ом. Задание выполнено с достаточной в технических расчетах точностью.

Далее представлена принципиальная схема усилителя и перечень элементов.

15

Инв. № подл. Подп. и дата Инв. № дубл. Взам. инв. № Подп. и дата

R2

С1			+Е0
R3	R5	R7	R10
V1			С6
		С4
		V3	Выход
С2	V2
			V4

R1

R4

R6

С3

R8

R9

R11

С5

10.001 ПЭ3

Литера

Масса

Масштаб

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

Схема электрическая

Разраб.

принципиальная

Проверил

Т. Контр.

Лист 1

Листов 2

Н. контр.

СПбГУТ

Утв.

16

Инв. № подл. Подп. и дата Инв. № дубл. Взам. инв. № Подп. и дата

Обозн.	Наименование	Кол.	Примечание
С1,С3	Конденсатор К53-18В 16В 1мкФ	2
С2,С4,С6	Конденсатор К10-17Б Н90 1мкФ	3
С5	Конденсатор К53-18В 16В 4,7мкФ	1
R1	Резистор МЛТ-0,125-910кОм±20%	1
R2	Резистор МЛТ-0,125-100кОм±20%	1
R3	Резистор МЛТ-0,125-100кОм±10%	1
R4	Резистор МЛТ-0,125-10кОм±10%	1
R5	Резистор МЛТ-0,125-1кОм±10%	1
R6	Резистор МЛТ-0,125-680Ом±10%	1
R7	Резистор МЛТ-0,125-12кОм±10%	1
R8	Резистор МЛТ-0,125-4,7кОм±10%	1
R9	Резистор МЛТ-0,125-120Ом±5%	1
R10	Резистор МЛТ-0,125-240Ом±5%	1
R11	Резистор МЛТ-0,125-62Ом±5%	1
V1	Диод ФДК-227	1
V2	Транзистор КП307А	1
V3,V4	Транзистор КТ325В	2

Литера

Масса

Масштаб

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

Перечень элементов

Разраб.

Проверил

Т. Контр.

Лист 2

Листов 2

Н. контр.

СПбГУТ

Утв.

17

Литература

1.Алексеев А.Г., Климова П.В. К расчету резисторных каскадов. Методические указания. 2009. www.viso.ru

2.Справочник по электрическим конденсаторам Под общей ред. Четверткова И.И. и Смирнова В.Ф.—М.: Радио и связь,--1983.

3.Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др. Под ред. Б.Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1981

18