Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Работа № 101955
Наименование:
Курсовик Проектирование усилителя- фотоприёмника ВОСПИ
Информация:
Тип работы: Курсовик.
Предмет: Схемотехника.
Добавлен: 13.12.2016.
Год: 2015.
Страниц: 33.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича» Кафедра схемотехники электронных устройств
Курсовой проект по дисциплине: “ Схемотехника аналоговых электронных устройств” Проектирование усилителя- фотоприёмника ВОСПИ
Выполнил студ.3 курса, гр. направление подготовки 210700
Санкт-Петербург 2015 Содержание
1. Содержание задания курсового проектирования 3 1.1 Требования к проектируемому устройству 3 1.2 Проектное задание 3 1.3 Техническое задание 4 2. Описание принципиальной схемы 6 3. Расчет элементов схемы по постоянному току 8 3.1 Предварительный расчет резисторов диода V1 8 3.2 Предварительный расчет по постоянному току каскада на ПТ 10 3.3 Расчет по постоянному току каскадов на биполярных транзисторах 15 3.4 Расчёт по постоянному току в схеме на ОУ 17 3.5 Проверка расчета по постоянному току с помощью компьютера 18 4. Расчет по сигналу 20 5. Функции сопротивления передачи 24 Заключение 26 Список литературы 27 Приложения 28
Содержание задания курсового проектирования
Требования к проектируемому устройству
Содержанием курсового проекта является проектирование широкополосного RC-усилителя, источником сигнала которого является генератор тока. 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.
Проектное задание
Задание на курсовой проект представляет собой технические условия, по которым надлежит спроектировать устройство, работающее в режиме малого сигнала. В задании указаны следующие данные:
тип полевого транзистора, тип биполярного транзистора, тип операционного усилителя, напряжение источника питания E0, сопротивление внешней нагрузки R2Н, нижняя рабочая частота ?f_н?_v2, верхняя рабочая частота ?f_в?_v2, выходное напряжение U2.
Техническое задание Вариант технического задания 323 Параметры полевого транзистора КП 307 Г в таблице 1. Таблица 1 № 3 Параметр Начальный ток стока Iс нач Крутизна макс. Smax Напряжение отсечки Uотс. Единицы измерения мА мА/В В КП 307Г 16 12 -3.5
Напряжение затвор-исток : Uзи = -1В, Входная ёмкость Cзи=5пФ, Проходная ёмкость Сзс=1.5 пФ. Параметры биполярных транзисторов в таблице 2. Таблица 2 № 2 Тип транзистора Pк Uкэ max Iк max h21max h21min fT Cк ?к мВт В мА МГц пФ пс КТ325А 225 15 30 90 0 800 2,5 125
Величина напряжения источника питания E0, величина действующего значения выходного напряжения U2Н и полоса пропускания ?f_н?_v2 и ?f_в?_v2 приведены в таблице 3. Таблица 3 № 3 Источник питания Е0 Выходное напряжение U2н Нижняя частота ?f_н?_v2 Верхняя частота ?f_в?_v2 В В кГц МГц 12 2,3 10 2
Тип микросхемы AD1 операционного усилителя (ОУ) определяется чётным или нечётным значением третьей цифры. Таблица 4 Тип ОУ Частота единичного усиления f1 Коэффициент усиления ОУ Нечётная OPA655 400 МГц 55 дБ
Конденсаторы С1-С8 выбираются равными 5 мкФ. Ток источника сигнала Im1=1мкА. Сопротивление внешней нагрузки R2Н=3кОм
Описание принципиальной схемы
Принципиальная схема усилителя представлена на рисунке 1. Усилитель состоит из предварительных каскадов и основного усилителя. Источником сигнала является ток фотодиода – V1, который является генератором тока. Элементы С1, R2 образуют развязывающий фильтр по цепям питания (Е0). ,
Рисунок 1 - Принципиальная схема усилителя.
В качестве активного элемента первого каскада выбран полевой транзистор, так как он обладает меньшим уровнем собственных шумов. Входная цепь устройства образована входным сопротивлением каскада V2 и суммарной емкостью С, состоящей из проходной емкости СД фотодиода V1, входной емкости Свх транзистора V2 и емкости монтажа См. Хотя входное сопротивление полевого транзистора V2 – rЗИ велико, входное сопротивление каскада определяется делителем напряжения на его затворе (параллельным соединением резисторов R3 и R4). Данная входная цепь и будет определять частоту верхнего среза ?f_в?_v2. Биполярный транзистор V3, включенный по схеме общий коллектор (ОК) служит буферным каскадом с большим входным и малым выходным сопротивлениями. Транзистор V4 включен по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Его нагрузкой является делитель напряжения на резисторах R12 и R13, обеспечивающий потенциал средней точки однополярного напряжения питания Е0 операционного усилителя AD1. По этой причине R12=R13. Чтобы коэффициент усиления каскада на V4 не снижался из-за шунтирования его нагрузки R10 резисторами R12 и R13 их следует выбирать равными 5*R10. Для расширения полосы пропускания в области верхних частот в каскаде ОЭ может быть применена отрицательная обратная связь (ОС) и основанная на ней эмиттерная коррекция (R11,C5). В области нижних частот АЧХ определяется разделительными конденсаторами С2,С4,C6,С7,С8 и блокировочными конденсаторами С3 и С5, устраняющими местную обратную связь по сигналу. Основное усиление сигнала по напряжению выполняет ОУ AD1. Операционный усилитель должен довести выходное напряжение на средней частоте до заданного (действующего значения) U2н. Сигнал подаётся на неинвертирующий вход. На этот же вход подаётся напряжение смещения с делителя R12, R13. Оно необходимо для получения симметричного питания ОУ в схеме с однополярным источником Е0.
? 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 рисунке 2. В связи с тем, что конденсаторы не пропускают постоянный ток, рисунок 2 представляется состоящим из трех независимых фрагментов схемы: фрагмент с фотодиодом, c полевым транзистором, с биполярными транзисторами.
Рисунок 2 - Схема транзисторной части усилителя по постоянному току.
Предварительный расчет резисторов диода V1
Фотодиод V1: ФДК-227 рабочее напряжение Uраб = 10В, темновой ток Iтем = 0,1 мкА, амплитуда фототока Im1 = 1 мкА. Принципиальная схема цепей питания фотодиода V1 и его типовая вольт-амперная характеристика приведены на рисунке 3. Обратное смещение на фотодиод подается для вывода его в линейную область ВАХ. Одновременно с этим увеличение напряжения Uак уменьшает проходную емкость фотодиода. На рисунке 3 показана также нагрузочная линия. 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.
Рисунок 3- Принципиальная схема цепей питания фотодиода и его типовая вольт-амперная характеристика
Сопротивление фотодиода по постоянному току в этой точке с координатами (I1, Uак) определяется по формуле R_Д=U_ак/I_1 . Напряжение анод-катод фотодиода должно быть |U_ак |‹E_0 и (учитывая,что|U_ак |‹U_раб ). Выбираем |U_ак |=5В. Из рисунка 3 определяем I_1=1,1мкА. Исходя из этих данных, получаем: R_Д=U_ак/I_1 =5В/1,1мкА=5В/(1.1*? 0?^(-6) А)=4,55*?10?^6 Ом=4,55Мом
Напряжение на аноде: U_а=0.1E_0=0.1*12В=1 2В Определяем по закону Кирхгофа напряжение на катоде: U_к=U_а+U_ак=1,2В+5В 6,2В Теперь вычислим сопротивления резисторов R1 и R2: R1=U_а/I_m1 =1,2В/1мкА=1,2В/(1*? 0?^(-6) А)=1,2МОм R2=((E_0-U_к ))/I_m1 =((12В-6,2В))/1мкА=5,8 /(1*?10?^(-6) А)=5,8МОм
Рассчитанные сопротивления резисторов R1, R2 подбираются в соответствии с номинальным рядом (Таблица 5) с классом точности 5%.
Таблица 5
В соответствии с номинальным рядом получаем: R1= 1,2 МОм , R2= 5,6 МОм, R Д =4,7 МОм.
Предварительный расчет по постоянному току каскада на полевом транзисторе
Транзистор V2: КП307 Г Ток стока начальный – Iс нач = 16 мА; Максимальная крутизна – Smax = 12 мА/В; Напряжение отсечки – Uотс. = -3.5 В; Ёмкость затвор-исток – Cзи= 5 пФ; Ёмкость проходная – Сзс =1.5 пФ; Ток утечки затвора – IУТ.З= 1 нА; Сопротивление затвор – исток r_ЗИ=U_ЗИ/I_(УТ.З) =1000МОм; Принципиальная схема каскада на полевом транзисторе V2 по постоянному току представлена на рисунке 4а. Для заданного типа полевого транзистора вычертим вольт-амперную характеристику, которая представлена на рисунке 4б. Используем известное соотношение: I_c=I_снач*(1-U_зн/U отс )^2
а б Рис. 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 сначала необходимо рассчитать точку покоя полевого транзистора V2, исходя из его параметров: начального тока стока Iс нач, максимальной крутизны Smax и напряжения отсечки Uотс. Напряжение затвор-исток выберем UЗИ = -1 В... ? Заключение
В данном курсовом проекте был спроектирован широкополосный RC-усилитель, источником сигнала которого является генератор тока. Для определения свойств усилителя по сигналу была составлена эквивалентная схема усилителя по сигналу для всех диапазонов частот, согласно принципиальной схеме. Так исследование свойств усилителя выполнялось с помощью программы Fastmean. Частотные свойства показали, что спроектированный усилитель удовлетворяет требованиям технического задания.
? Список литературы
1. Алексеев А.Г., Климова П.В. Методические указания к курсовому проектированию предварительных каскадов RС – усилителей систем передачи информации. 2010. 2. Алексеев А.Г., Климова П.В. К расчету резисторных каскадов. Методические указания. 2009. 3. Войшвилло Г.В. Усилительные устройства: Учебник для вузов. – 2-е изд. – перераб. и доп. – М.: Радио и связь. 1983. 4. Алексеев А.Г., Климова П.В. Методические указания по курсу “Схемотехника аналоговых электронных устройств” Проектирование усилителя - фотоприёмника ВОСПИ. 2012. 5. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов. –2-е изд., исправ. – М.: Горячая линия – Телеком 2001.
* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.
