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

Рисунок 2 – Схема транзисторной части усилителя по постоянному току

3.1.1, Предварительный расчет резисторов диода v1

Параметры фотодиода V1-ФД-252-01А:

рабочее напряжение

ёмкость фотодиода

темновой ток

амплитуда фототока .

Принципиальная схема цепей питания фотодиода и его типовая вольтамперная характеристика приведены на рис. 3. Обратное (запирающее) смещение на фотодиод подается для вывода его рабочей точки в линейную область вольтамперной характеристики (ВАХ). Одновременно с этим увеличение напряжения уменьшает проходную емкость фотодиода.

Рисунок 3 – а) принципиальная схема цепей питания фотодиода; б) его типовая вольт-амперная характеристика

Следует выбирать напряжение анод-катод фотодиода такое, чтобы его рабочая точка оказалась на середине линейного участка вольт-амперной характеристики

Тогда на резисторах должно быть падение напряжения, равное . Задав напряжение на аноде

определим по закону Кирхгофа напряжение на катоде:

Теперь, зная фототок в рабочей точке, вычислим сопротивления резисторов и :

Выбираем значение, ближайшее к расчетному из ряда заданной точности. Номинальные значения резисторов:

3.2 Предварительный расчет по постоянному току каскада на полевом транзисторе

Полевой транзистор имеет свои справочные данные:

Ток стока начальный – ;

Максимальная крутизна – ;

Напряжение отсечки – .

Другие показатели:

ёмкость затвор-исток – ,

ёмкость проходная – ;

ток утечки затвора – ;

Принципиальная схема каскада на полевом транзисторе V2 по постоянному току представлена на рис. 4. Необходимо для заданного типа полевого транзистора вычертить свою вольт-амперную характеристику (подобную изображенной на рис. 4,б), используя известное соотношение:

а) б)

Рисунок 4 – а) Принципиальная схема по постоянному току каскада ; б) типовая вольт-амперная характеристика полевого транзистора с n-каналом

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

Выберем напряжение затвор-исток примерно в середине линейного участка ВАХ транзистора. .

Ток покоя стока:

Крутизна:

Для выравнивания амплитуды положительной и отрицательной полуволн выходного напряжения каскада следует стремиться к равенству напряжений на сопротивлении нагрузки и на переходе исток-сток.

Напряжение на истоке:

Напряжение сток-исток:

Напряжение на стоке:

Сопротивления в цепи истока и стока:

Напряжение на затворе равно:

.

Для расчёта сопротивления необходимо посчитать суммарную ёмкость , где проходная ёмкость диода, входная емкость транзистора , ёмкость монтажа (от 1 до 7 пФ).

Рассчитаем сопротивление , исходя из заданной верхней частоты

Ток делителя:

Сопротивление на входном контуре каскада:

Проверка расчета по постоянному току с помощью компьютера

Для анализа по постоянному току каскада на полевом транзисторе при помощи программы FASTMEAN, необходимо построить схему, изображенную на рис. 5. Чтобы учесть нелинейность проходной ВАХ полевого транзистора, задаём вольтамперную характеристику нелинейного резистора NLR1 как на рис. 6.

Рисунок 5 – Эквивалентная схема усилительного каскада на полевом транзисторе по постоянному току

Рисунок 6 – Вольт-амперная характеристика нелинейного резистора NLR1

Результаты анализа приведены на рис. 7. Для наглядности результаты занесены в таблицу 5.

Рисунок 7 – Результаты анализа по постоянному току

Таблица 5 – Результаты анализа по постоянному току

Токи и напряжения
Единицы измерения		В
Расчет предварительный		2
Компьютерный	1.09	2.01

Сопоставив результаты компьютерного анализа и предварительных расчётов, можно сделать вывод, что расчёты были выполнены верно. Т.к. максимальный разброс от номинальных значений выбранных для схемы сопротивлений резисторов составлял то расхождение результатов для каждой величины в пределах этого значения свидетельствуют о том, расчет всех элементов схемы по постоянному току сделан правильно.