1. Предварительный расчёт резисторов диода v1

Параметры фотодиода V1 – ФД-252-01А: рабочее напряжение U_раб. = 5 В, ёмкость фотодиода С_д = 1 пФ, темновой ток I_тем. = 5 нА, амплитуда фототока I_m1 = 1 мкА.

Принципиальная схема цепей питания фотодиода V1 и его типовая вольт - амперная характеристика приведены на рис. 3. Обратное смещение на фотодиод подается для вывода его в линейную область ВАХ. Одновременно с этим увеличение напряжения U_ак уменьшает проходную емкость фотодиода. На рис.3, б показана нагрузочная линия по постоянному току. При отсутствии светового сигнала через фотодиод протекает темновой ток. Он практически не создаёт падения напряжения на резисторах R1, R2. Вследствие этого к фотодиоду прикладывается всё напряжение питания Е₀. При заданном уровне фототока исходная рабочая точка перемещается по нагрузочной линии в точку А. Сопротивление фотодиода по постоянному току в этой точке определяется по формуле: R_Д = U_ак/I₁.

Рисунок 3 – Принципиальная схема цепей питания фотодиода (а)

и его типовая вольт - амперная характеристика (б)

Напряжение анод-катод фотодиода должно быть |U_ак| < Е₀. Выбираем |U_ак| = 2,5 В. Из рис.3 определяем I1 = 1.05 мкА. Исходя из этих данных, получаем:

Напряжение на аноде:

По закону Кирхгофа напряжение на катоде:

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

Рассчитанные сопротивления резисторов R1, R2 необходимо выбрать в соответствии с номинальным рядом (табл. 5) для навесных элементов проектируемой схемы.

Таблица 5 – Номинальные значения сопротивлений и емкостей

Так как резисторы R1 и R2 не являются элементами температурной стабилизации и ВЧ-коррекции, то для них следует принять класс точности равный 10%: R1_ном = 1 ± 10% МОм, R2_ном = 6,8 ± 10% МОм.

2. Предварительный расчёт по постоянному току каскада на полевом транзисторе v2

Транзистор КП313А имеет следующие справочные данные:

Ток стока начальный – I_{с нач} = 15 мА;

Максимальная крутизна – S_max = 10,5 мА/В;

Напряжение отсечки – U_отс. = -6,0 В;

Другие показатели:

Ёмкость затвор-исток – C_зи= 7 пФ;

Ёмкость проходная – С_зс = 0,9 пФ;

Ток утечки затвора – I_ут.з= 1 нА;

Принципиальная схема каскада на полевом транзисторе V2 по постоянному току представлена на рис.4.

Рисунок 4 - Принципиальная схема по постоянному току каскада V2 (а)

и типовая вольт - амперная характеристика полевого транзистора с n-каналом (б)

Для расчета резисторов R3, R4, R5 и R6 необходимо для начала 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.

Напряжение затвор-исток выберем U_зи = -1 В (исходя из рис. 4б). Ток покоя стока определяется по формуле:

Крутизна:

Напряжение на истоке:

Напряжение сток-исток:

Напряжение на стоке равно:

Отсюда находим сопротивления в цепи истока и стока:

Так как резистор R5 не являются элементом температурной стабилизации и ВЧ-коррекции, то для него следует принять класс точности равный 10%: R5_ном = 270 ± 10% Ом.

Для резистора R6 следует принять класс точности 5%, как для элемента температурной (истоковой) стабилизации: R6_ном = 200 ± 5% Ом.

Напряжение на затворе равно:

Сопротивление R4 находится, 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, равная 1 пФ, С_ВХ – входная емкость транзистора V2, которая определяется по формуле:

С_м – емкость монтажа, равная 1 пФ. Отсюда получаем:

То можно заключить, что необходимо взять R4≤1/(2π ·С), следовательно:

Так как резистор R4 не являются элементом температурной стабилизации и ВЧ-коррекции, то для него следует принять класс точности равный 10%: R4_ном = 820 ± 10% Ом.

Тогда ток делителя:

Сопротивление резистора R3:

Так как резистор R3 не являются элементом температурной стабилизации и ВЧ-коррекции, то для него следует принять класс точности равный 10%: R3_ном = 8,2 ± 10% кОм.

Входное сопротивление полевого транзистора по постоянному току в точке покоя – сопротивление затвор-исток по закону Ома: