Типовой по приёмникам с БПТ и ФР. Одобрен гуру

Московский энергетический институт

Типовой расчет

по курсу «Приемники излучения и фотоприемные устройства»

Расчет электронной схемы включения приемника излучения, согласованной с усилительной схемой по сигналу

Выполнила Суслова А.

Группа ЭР-04-06

Проверил Григорьев А.А.

Москва

2009

ЗАДАНИЕ

1. Рассчитать схему включения фотоприемника, поставив фоторезистор в режим согласованной нагрузки.

2. Разработать принципиальную электронную схему предварительного усилителя, обеспечивающую согласование с приемником по сигналу. Обеспечить коэффициент усиления в диапазоне 10 – 100.

3. Рассчитать сигнал на выходе фотоприемного устройства.

УСЛОВИЕ

Рис. 1 Входные и выходные характеристики транзистора КТ104А

Рис. 2 Спектральные характеристики фоторезистора из антимонида индия

РАССЧЕТ

1. Рассчитаем схему включения фотоприёмника.

Рис. 3 Схема включения фотоприёмника

Выходное сопротивление схемы включения должно быть в режиме согласованной нагрузки. Это возможно, если значения величины сопротивления нагрузки и темнового сопротивления фоторезистора равны: . См. рис. 3

(1) ,

Ом

Для обеспечения согласования схемы с приемником по сигналу необходимо, чтобы (2) Ом.

1. Рассчитаем значения элементов схемы основного усилительного каскада на биполярном транзисторе.

Рис. 4 Схема основного усилительного каскада

Выбираем рабочую точку.

Рис. 5 Выбор рабочей точки

К значению в начале полочки прибавляется 0,5 В. Это позволяет избежать ошибки, связанной с технологическим разбросом у транзисторов. По рабочей точки определяем Uк0, Iк0 и Iб0.См. рис. 5

В

мА

мА

Значение напряжения питания Еп выбираем равным максимально возможному напряжению транзистора – 30 В.

Напряжение на сопротивлении эмиттера :

(3) В

Сопротивление эмиттера по закону Ома для участка цепи эмиттер - сопротивление эмиттера Рис. 4:

(4) кВ

Крутизна транзистора определяется по ВАХ транзистора :

(5)

мА

В

Сопротивление базы по закону Ома для участка Еп – сопротивление базы – сопротивление эмиттера Рис. 4:

(6) кОм

Оно является сопротивлением утечки цепи базы, необходимо для фиксации потенциала базы.

Найдём сопротивление входа транзистора :

(7) кОм

(8) В

Входное сопротивление схемы :

(9) кОм Ом

Условие (2) не выполняется, следовательно ставим эмиттерный повторитель.

Рис. 6 Схема эмиттерного повторителя

Рис. 7 Схема усилительного каскада с эмиттерным повторителем (ЭП)

Сопротивление эмиттера для ЭП по закону Ома для участка Еп – сопротивление коллектора - сопротивление эмиттера Рис. 6:

(10) кОм

Коэффициент усиления ЭП :

(11)

Входное сопротивление ЭП :

(12) кОм

(13) кОм

Условие (2) выполняется, значит, схема согласована.

Рассчитаем значение емкостей .

Нижняя частота:

Гц

Верхняя частота:

(14) Гц

(15)

Ёмкость базы по (15):

– отсекает постоянную переменную сигнала, оставляя переменный сигнал

мкФ – для ОУК (основного усилительного каскада)

мкФ – для ЭП

Ёмкость эмиттера:

(16) мФ

– устраняет действие отрицательной обратной связи по току, возникающей из-за Rб₁

(17) кОм

Ёмкость коллектора:

(18) мФ

– обеспечивает верхнюю частоту

Сопротивление коллектора по закону Ома для участка цепи Еп – сопротивление коллектора - сопротивление эмиттера Рис. 7:

(19) кОм

Ёмкость связи:

(20)

мкФ

–исключает влияние низкого потенциала базы на высокий потенциал в точке включения постоянного напряжение и обратного влияния

(21) , где - входное сопротивление следующего усилителя

Ёмкость и сопротивление фильтра:

Сф,Rф – цепочка устраняет влияние паразитной обратной связи, возникающей из-за неидеальности источника питания.

(22) мФ

(23)

Сопротивление фильтра по закону Ома для участка цепи сопротивление фильтра – темновое сопротивление – сопротивление нагрузки Рис. 7:

(24) , где - темновой ток

(23), (24) (25)

(26) , с учетом того, что в режиме согласования , Ом

Коэффициент усиления усилительного каскада с ЭП :

(27) ,

где - коэффициент усиления основного усилительного каскада

(28)

(28) (27) = (27’)

1. Рассчитаем сигнал на выходе фотоприемного устройства.

Рис. 8 Спектральные характеристики фоторезистора из антимонида индия с интерполированной характеристикой для T=78 К

Табл. 1 (по рис. 8) Зависимость обнаружительной способности от длины волны

Относительная спектральная чувствительность приёмника излучения (ПИ) :

(29) ,

где - максимальная обнаружительная способность ПИ,

- спектральная чувствительность ПИ,

- максимальная спектральная чувствительность ПИ

Используя (29) и табл. 1 находим значения S₀(λ) (см. табл. 2) и строим график зависимости S₀(λ) (см. рис. 9)

Табл. 2 Зависимость относительной спектральной чувствительности ПИ от длины волны

Рис. 9

Относительная спектральная чувствительность ПИ по табл. 2

Спектральная плотность энергетической светимости чёрного тела (ЧТ) при температурах 1000К и 373К по закону Планка:

(30) , где

Табл. 3 Спектральная плотность энергетической светимости ЧТ для разных температур

Интегральная вольтовая чувствительность ПИ при температуре источника (АЧТ) 373К: