Санкт-Петербургский Государственный Университет Телекоммуникаций

имени профессора М.А.Бонч-Бруевича

Курсовой проект по ОСТ на тему:

Расчет предварительных каскадов RC-усилителей

систем передачи информации

Выполнила:

Носкова А.А. студент гр. МТО-93

№ зачетной книжки: 092141

Санкт-Петербург

2011

Содержание:

1. Задание

Проектирование входного широкополосного RC-усилителя, работающего в режиме малого сигнала, источником сигнала которого является генератор тока. Подобные усилители находят широкое применение в видеоаппаратуре, а также в блоках управления радио- и видеотехникой. Особенность проектирования заключается в том, что по ряду показателей – стабильности коэффициента усиления, динамическому диапазону входных сигналов и полосы пропускания, к усилителям предъявляются достаточно высокие требования.

Принципиальная схема усилителя (рис. 1)

Данные по варианту 141:

Классификационный индекс полевой транзистора КП 307Б и его параметры:

I_{с нач} = 10 мА

S_max = 15 мА/В

U_отс = -5 В

U_ЗИ = 5 В

C_ЗИ = 5 пФ

C_ЗС = 1.5 пФ

Iут.з.=1 мА

Параметры биполярного транзистора малой мощности типа n-p-n (КТ355А):

P_к= 225 мВт

U_{кэ max}= 15 В

I_{к max} = 30 мА

h_{21 max} = 300

h_{21 min} = 80

f_т = 1500 МГц

C_к = 2 пФ

τ_к = 60 пс

Величина напряжения источника питания: E₀ = 10 В

Сопротивление внешней нагрузки: R_2H = 1.2 кОм

Полоса пропускания:

Нижняя частота: = 20 кГц

Верхняя частота: = 2 МГц

Конденсаторы: C₁-C₆=1÷5 мкФ

Ток источника сигнала: I₁=1 мкА

Ёмкость внешней нагрузки: С₇=5 пФ

2. Предварительный расчет по постоянному току

2.1. Предварительный расчет резисторов диода v1

Принципиальная схема цепей питания фотодиода (слева) и его типовая вольт-амперная характеристика (справа) (рис. 2)

Обратное смещение на фотодиод подается для вывода его в линейную область ВАХ. Одновременно с этим увеличение напряжения U_ак уменьшает проходную емкость фотодиода.

Выберем напряжение U_ак, так, что бы |U_ак|<E₀ и |U_ак|<U_раб.

U_ак = -7,5 В

Тогда на резисторах (R₁+R₂) должно быть падение напряжения равное

E₀ – U_ак = 10 – 7,5 = 2,5 В

Выберем напряжение на аноде U_а = 0,1*E₀

U_а = 0,1*10 = 1 В

Тогда напряжение на катоде U_к = U_а+U_ак

Uk =1B-7,5B=-6,5 B

Теперь, зная фототок I1 = 1 мкА, можно вычислить R1 и R2 по следующим формулам:

R1=Ua/I1=1 B/1 мкА=1 МOм

R2=(E0-Uk)/I1=(10 B+6,5 B)/10^(-6)=16,5 МОм

Значения резисторов необходимо выбрать в соответствии с номинальным рядом, тогда:

R1 = 1,1 МОм

R2 = 18 МОм

Сопротивление фотодиоду по постоянному току в точке А (рис. 2):

Rд=Uak/I1=7,5 МОм

2.2. Расчет по постоянному току каскада на полевом транзисторе v2

Принципиальная схема по постоянному току каскада V2 (слева) и типовая вольт-амперная характеристика полевого транзистора с n-каналом (справа) (рис. 3)

Для расчета резисторов R₃, R₄, R₅ и R₆ сначала необходимо рассчитать точку покоя полевого транзистора V2, исходя из его параметров: начального тока стока, максимальной крутизны и напряжения отсечки.

Выберем напряжение затвор-исток: U_ЗИ => U_ЗИ = -1 В.

Рассчитаем ток стока и максимальную крутизну:

Ic=Iс нач*(1-Uзи/Uoтс)^2=10*10^(-3) А*(1-(-1 В)/(-5 В))^2=6,4 мА

S=Smax*(1-Uзи/Uoтс)=15мА/В *0.8=12 мА/В

Выберем напряжение на истоке: U_И = 0,2*E₀ = 0,2 * 10 В = 2 В.

Выберем напряжение сток-исток: Uси=Е0/2=5 В

Тогда напряжение на стоке: Uc= Uи+ Uси=7 B

Отсюда сопротивления в цепи истока и стока:

R6=Uи/Ic=310 Ом

R5=(E0-Uc)/Ic=3 B/6,4 мА=470 Ом

Напряжение на затворе: U_З = U_И + U_ЗИ = 2 + (-1) = 1 В

Рассчитаем R4 исходя из заданной верхней частоты = 2 МГц, необходимо взять такое R4, что бы выполнялось неравенство R4 , где С = С_Д+С_ВХ+С_М.

С=Свх+Сд+См=Сзи+(S*R5+1)*Сзс+2 пФ=16.96 пФ

Тогда R4<=1/(2*π *fв√2*C)=10^3/209.17=4,6 кОм

R4 4.36 кОм.

Ток делителя I_Д2 будет равен:

Iд2=Uз/R4=1 B/4,6 кОм=0,21 мА

R3=(E0-Uз)/ Iд2=(10 В-1 В)/0,21 мА=42.8 кОм

Значения резисторов необходимо выбрать в соответствии с номинальным рядом.

Тогда:

R3 = 43 кОм

R4 = 4.7 кОм

R5 = 470 Ом

R6 = 330 Ом