4. 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, где показаны только те элементы схемы, по которым протекают постоянные токи.

Рис. 2. Схема транзисторной части усилителя по постоянному току

В связи с тем, что конденсаторы не пропускают постоянный ток, рис. 2 представляется состоящим из трех независимых фрагментов схемы: с фотодиодом, c полевым транзистором и с биполярными транзисторами.

4.1 Предварительный расчет резисторов по постоянному току Предварительный расчет резисторов диода v1

Параметры фотодиода V1-ФДК-227: рабочее напряжение U_раб = 10 В, темновой ток I_тем = 0,1 мкА, амплитуда фототока I_m₁ = 1 мкА.

Выберем напряжение анод-катод фотодиода U_ак, |U_ак| < E₀=5в. Тогда на резисторах (R1 + R2) должно быть падение напряжения, равное

E₀ – U_ак=10в.-5в.=5в.

Зададим напряжение на аноде U_а = 0,1E₀=0,1*10=1в.

Тогда по закону Кирхгофа напряжение на катоде U_к = U_а + U_ак.=1в.+5в.=6в.

Теперь, зная фототок, вычисляем сопротивления резисторов R1 и R2:

4.2 Предварительный расчет по постоянному току каскада на полевом транзисторе v2

Емкость затвор–исток C_зи = 5 пФ, емкость проходная С_зс =1,5 пФ; ток утечки затвора I_ут.з=1 нА; сопротивление затвор–исток r_зи= U_ЗИ/I_ут.з= 1000 МОм.

Принципиальная схема каскада на полевом транзисторе V2 по постоянному току представлена на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальная схема по постоянному току каскада V2.

Для расчета резисторов R3…R6 сначала необходимо рассчитать точку покоя полевого транзистора V2 исходя из его параметров: начального тока стока I_С _нач, максимальной крутизны S_max и напряжения отсечки U_отс.

Выбираем напряжение затвор–исток U_ЗИ = –1 В. Затем определяем ток покоя стока:

0,65 мА

Рис. 4. типовая вольт-амперная характеристика полевого транзистора с n-каналом

Напряжение на истоке U_и = 0,2E₀=0,2*10=2 в.

Напряжение сток-исток U_си = E₀/2=10/2=5 в.

Тогда напряжение на стоке равно U_c = U_и + U_си=2в.+5в.=7 в.

Теперь находим сопротивления резисторов:

Напряжение на затворе U_З = U_и + U=_ЗИ=2+(-1)=1в.

Рассчитаем сопротивление резистора R4, исходя из заданной верхней частоты . Так как частота верхнего среза входной цепи должна быть больше , а она определяется сопротивлением R4 и суммарной емкостью С = С_д+С_вх+С_м (где С_д – проходная емкость диода;