Схемотехника (курсовая) Филин

И = 0.2 0 = 0.2 ∙ 10 = 2 В

Напряжение сток-исток:

0 10СИ = 2 = 2 = 5 В

Тогда напряжение на стоке равно:

С = И + СИ = 2 + 5 = 7 В

Отсюда находим сопротивление в цепи истока и стока:

6 = И = 555.6 Ом

5 = ( 0 − С) = 833.3 Ом

В соответствии с номинальным рядом получаем: R6 = 560 Ом, R5 = 820 Ом. Напряжение на затворе равно:

З = И + ЗИ = 2.4 − 1 = 1.4 В

Сопротивление R4 находится, исходя из заданной верхней частоты fВ√2.Так как частота верхнего среза входной цепи fВХ√2 должна быть больше fВ√2, а она определяется сопротивлением R4 и суммарной ёмкостью

С = СД + СВХ + СМ,

где СД − проходная ёмкость диода, равная 1 пФ, СВХ − входная ёмкость транзистора V2, СМ − ёмкость монтажа, равная 1 пФ.

СВХ определяется по формуле:

Выбираем R4 = 3.9 кОм.

11

Всоответствии с номинальным рядом получаем: R3 = 36 кОм.

3.1.3.Расчет по постоянному току каскадов на биполярных

транзисторах V3, V4.

Биполярный транзистор КТ342Б имеет следующие параметры:

-транзистор биполярный кремниевый;

-UБЭ = 0.7 В;

-коэффициент усиления по току минимальный h21min = 200;

-коэффициент усиления по току максимальный h21max = 500;

-частота единичного усиления fТ = 300 МГц;

-максимальный постоянный ток коллектора Iк max = 50 мА;

- максимальное напряжение коллектор-эмиттер Uкэ max = 25 В;

-постоянная времени цепи обратной связи τк = 300 пс;

-ёмкость коллекторного перехода Cк = 8 пФ;

-допустимая мощность рассеиваемая на коллекторе Pк = 250 мВт.

Рис. 5. Принципиальная схема каскадов на биполярных транзисторах по постоянному току

Для расчёта сопротивлений резисторов R7, R8, R9, R10, R11 необходимо выбрать режимы работы транзисторов V3 и V4 (рис. 5).

12

коллекторный ток К3 ≤ К4. Выбираем К3 = 5 мА.

Напряжение коллектора-эмиттера V4:

0 10кэ,4 = 2 = 2 = 5 В

Напряжение на эмиттере V4:

Э4 = 0.1 0 = 0.1 ∙ 10 = 1 В

Определяем напряжение:

Б4 = Э3 = Э4 + БЭ = 1 + 0.7 = 1.7 В

Напряжение на базе V3:

Б3 = Э3 + БЭ = 1.7 + 0.7 = 2.4 В

Напряжение на коллекторе V4:

К4 = Э4 + КЭ,4 = 1 + 5 = 6 В

Для вычисления токов базы Б3 и Б4 и дальнейших коэффициентов передачи по току h21,3 и h21,4 определим с учётом их крайних значений

h21 = √h21min ∙ h21max = √200 ∙ 500 = 316.228

Б3 = К3 = 5 10−3 = 0.016 мА21 316.228

Б4 = К4 = 6 10−3 = 0.019 мА21 316.228

Тогда:

Э3 = К3 + Б3 = 5 + 0.0158 = 5.016 мА

Э4 = К4 + Б4 = 6 + 0.0189 = 6.019 мА

При больших h21 принимают равными Э3 ≈ К3, Э4 ≈ К4. Теперь вычислим сопротивление R9, R10 и R11:

13

Д3 ≥ 10 ∙ 0.016 = 0.16 мА

Тогда:

7 = ( 0 − Б3) = 43.7 кОм ( Д3 + Б3)

R8 = Б3 = 15.18 кОмД3

В соответствии с номинальным рядом получаем:

R7 = 43 кОм , R8 = 15 кОм , R9 = 330 Ом , R10 = 680 Ом , R11 = 160 Ом.

3.1.4. Расчёт по постоянному току в схеме на ОУ.

Этот расчёт сводится к определению номинальных значений резисторов R12 и R13. С одной стороны они должны обеспечить «среднюю точку» напряжения питания 0/2 на ОУ и потому R12 = R13, с другой стороны их параллельное соединение на переменном токе не должно сильно шунтировать нагрузку транзистора V4. Вследствие этого:

12 = 13 = 5 ∙ 10 = 5 ∙ 680 = 3.4 кОм

По шкале номинальных значений получаем: R12 = R13 = 3.3 кОм.

14

3.1.5. Проверка расчета по постоянному току с помощью компьютера.

Правильность расчетов сопротивлений можно проверить с помощью

Рис. 6. Определение входного сопротивления (а) и эквивалентная схема биполярного транзистора (б) по постоянному току.

Далее составляем эквивалентную схему усилителя на биполярных транзисторах (рис.7) и с помощью программы Fastmean произведем расчет. При расчете используются сопротивления резисторов, выбранные по номинальному ряду. Сопротивления R6 и R12 не являются резисторами, они отражают эквиваленты входных сопротивлений переходов база-эмиттер

транзисторов V3 и V4 H11,3 и H11,4 по постоянному току (рис. 6). Их величины равны:

15

Рис. 7. Эквивалентная схема усилительного каскада на V3, V4 по постоянному току.

С помощью команды «Анализ по постоянному току» в схеме рис. 7 вычислим токи в резисторах и напряжения в узлах. В табл. 6 вносим все результаты без учёта знака.

Таблица 6

16

4. Расчет по сигналу.

Этот расчет также проведем при помощи программы Fastmean. Чтобы

Сопротивление фотодиода на переменном токе определяется касательной к вольтамперной характеристике в точке А. Вследствие того, что приращение напряжения измеряется в вольтах, а приращение тока в долях микроампера, сопротивление фотодиода переменному току Д = ∆ /∆ оказывается значительно больше, чем сопротивление постоянному току Д , и Д достигает 80…100 МОм. Это дает право рассматривать источник сигнала как генератор тока. Чрезвычайно большое сопротивление Д учитывать в эквивалентной схеме необходимости нет, остается учесть лишь ёмкость фотодиода Д (рис.8, а). На рис.8,б изображена эквивалентная схема фотодиода по переменному току с учетом его цепей питания.

Рис. 8. Модель фотодиода на переменном токе (а) и эквивалентная схема входной цепи (б)

На эквивалентной схеме полевой транзистор заменяем активным четырехполюсником типа ИТУН - источник тока, управляемый напряжением (рис. 9, а). Это значит, что выходной ток (ток стока ic) управляется входным напряжением (затвор-исток UЗИ ), т.е.

= − ∙ ЗИ = −9 10−3 ∙ (−1) = 9 мА

В данной модели СЗИ − емкость затвор-исток транзистора, пФ, СЗС − проходная емкость, емкость перехода затвор-сток, пФ. Величина этих ёмкостей дается в справочниках по транзисторам. S – крутизна в точке покоя, мА/В. Сопротивление перехода затвор-исток ЗИ очень велико.

17

Рис. 9. Эквивалентная модель транзисторов по сигналу: а) полевого – V2 (ИТУН);

б) биполярного – V3 (ИТУТ)

Биполярные транзисторы V3 и V4 заменяем каждый активным четырехполюсником типа ИТУТ (источник тока, управляемый током, рис.

9, б).

Ёмкость перехода база-эмиттер б’э, пФ, вычисляется по выражению:

21

б’э = 2 Т б’э ,

где Т – частота единичного усиления из справочника.

В соответствии с номинальным рядом получаем: C12 = 110 пФ, C14 = 130 пФ

18

Рис. 10. Схема для определения частотных характеристик ОУ без ОС.

Соединив модели активных элементов согласно принципиальной схеме (рис.1), получаем эквивалентную схему усилителя по сигналу для всех диапазонов частот (рис. 10). Номера внешних резисторов R1-R15 и конденсаторов C1-C8 этой схеме соответствуют номерам резисторов и конденсаторов принципиальной схемы (рис. 1).

Рис. 11. Полная эквивалентная схема усилителя.

Остаются неизвестными значения резисторов R14 и R15, поскольку не определён коэффициент усиления каскада на ОУ = 21/13. Напряжение21 = 2 , задано в табл. 3. Напряжение 13 определяем, активировав клавишу « переходный процесс», установив предварительно в источнике сигнала ток m1 = 1 мкА и среднюю частоту заданного диапазона f = 100 кГц.

20