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

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра Светотехники

Типовой расчет по курсу «Приемники излучения»

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

Выполнила: Нилова Ирина, ЭР-06-07

Проверил: Григорьев А.А.

Москва

2010


ЗАДАНИЕ

1. Рассчитать схему включения фотоприемника. (Фоторезистор поставить в режим согласованной нагрузки).

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

3. Рассчитать сигнал на выходе фотоприемного устройства.

Исходные данные для расчета (вариант 5):

Тип ФП Тпр, К Rт, Ом Тис, К Fн, Гц

F, Гц

Тип тр. Фпр, Вт
ФД – 8к 295  - 3000 80 3840 КП303А

Параметры фотодиода ФД–8к:

Габаритные размеры:

размер фоточувствительного элемента, мм  2*2

, мкм

0,5..1,12

max, мкм

0,85..0,92
Uр, В 20
Iт, мкА 1
Si инт, мА/лм

6*

Материал Si-кремний

Спектральная чувствительность фотодиода:

Параметры транзистора КП303А:

Габаритные размеры:

Входная ёмкость , пФ

6

Проходная ёмкость, пФ

2

Выходная ёмкость, пФ

0
Iс max, мА 20
Iз max, мА 5
Uси max, В 25
Uзи max, В 30
Uзс max, В 30
параметры приведены для температуры окружающей среды

-40..+85С

ВАХ транзистора:

фотоприемник усилитель транзистор сигнал

Составим схему предварительного усилителя сигнала на полевом транзисторе

 МОм - сопротивление утечки цепи затвора

 Гц – верхняя частота

 - выходное сопротивление схемы включения в режиме согласованной нагрузки (Фоторезистор необходимо поставить в режим согласованной нагрузки, т.е. сигнал на выходе фоторезистора должен достигать максимального значения. Сигнал на выходе максимален, когда темновое сопротивление фоторезистора равно сопротивлению нагрузки )

 МОм

 МОм

Для обеспечения согласования схемы с приемником по сигналу необходимо, чтобы входное сопротивление усилителя было много больше выходного сопротивления

схемы включения. (В данном случае в 5 раз).

 МОм

 МОм, т.к. -нужно использовать истоковый повторитель.

Для согласования по сигналу необходимо, что бы выходное сопротивление было много меньше, сопротивления затвора. Т.к. максимальное сопротивление затвора 1МОм, а рассчитанное выходное сопротивление  МОм, то для увеличения входного сопротивления схемы, используем схему истокового повторителя:

Составим схему усилительного каскада с истоковым повторителем

Обозначения: Ri –темновое сопротивление ФП; RH – сопротивление нагрузки; RФ, СФ – сопротивление и емкость фильтра; R31, R32, CЗ2 - сопротивление и емкость затвора; RU2, RU2, RU1, СU1– сопротивление и емкость истока; RC1, CC1 - сопротивление и емкость стока; С1 – емкость связи; ЕП – напряжение питания.

Найдем рабочую точку транзистора из зависимости


Рассмотрим кривую  В, получаем следующие значения

 В;  мА;

Кривая В; мА.

 мА; В

Напряжение питания

В (В)

Крутизна транзистора

 мА/В

Условие выполнения согласования по сигналу:


; ;

 (з-н Ома);  1 кОм

   кОм

кОм

 МОм

 МОм  согласование выполняется

 нФ

- необходимо для исключения влияния постоянного напряжения на схему включения

 нФ- обеспечивает нижнюю частоту

Коэффициент усиления основного усилительного каскада

 кОм (по з-ну Ома)

 обеспечен коэффициент усиления предусилителя в диапазоне 10 – 100.

 (по з-ну Ома)  кОм- необходимо для обеспечения значений  и

 нФ- обеспечивает верхнюю частоту

кОм

мФ- устраняет действие отрицательной обратной связи, возникающей из-за

(- выходное сопротивление усилительного каскада)

(- входное сопротивление следующего усилителя)

мкФ - обеспечивает связь с последующими каскадами, сигнал должен передаваться без искажений

 (в режиме согласования )

 МОм

нФ –

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

Разработанная электронная схема предварительного усилителя обеспечила согласование с приемником по сигналу. Так же обеспечен коэффициент усиления предусилителя в диапазоне 10-100.

РАССЧИТАЕМ СИГНАЛ НА ВЫХОДЕ ФОТОПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА

Спектральная чувствительность фотодиода:

Определим значения относительной спектральной чувствительности фотодиода ФД – 8к, для этого мы провели «среднюю» линию и приблизительно нашли значения .

Значения чувствительности в зависимости от длины волны

Длина волны ,

мкм

Чувствительность ,

 отн. ед.

0.5 0.08
0.55 0.12
0.6 0.24
0.65 0.40
0.7 0.53
0.75 0.68
0.8 0.83
0.85 0.94
0.9 0.99
0.95 0.75
1.0 0.40
1.05 0.18
1.1 0.05

Теперь найдем следующие значения:

1.  - относительная спектральная световая эффективность основного фотометрического наблюдателя.

2.  - спектральную плотность энергетической светимости стандартного источника типа «А»

,где

 *

м*К

3.  - спектральную плотность энергетической светимости источника при Ти=3000 К

Спектральная плотность энергетической светимости источника типа А при температуре 2856К и спектральную плотность энергетической светимости источника при температуре 3000К.

Длина волны ,

мкм

, отн. ед

, отн. ед.

0.5 0.372 0.503 0.816
0.55 0.973 0.781 1.212
0.6 0.644 1.084 1.623
0.65 0.108 1.387 2.012
0.7

4.562*

1.666 2.354
0.75

4.881*

1.908 2.635
0.8

1.321*

2.104 2.848
0.85

9.033*

2.252 2.996
0.9

1.562*

2.355 3.084
0.95 0 2.416 3.121
1.0 0 2.441 3.114
1.05 0 2.435 3.072
1.1 0 2.405 3.004

Значения  и .при расчете были очень велики, поэтому поделены на коэффициент

 мА/лм -токовая чувствительность (интегральная)

,


где - шаг суммирования,мкм

Чувствительность ,

 отн. ед.

,

 отн. ед

 

0.372 0.08 0.503 0.187 0.04
0.973 0.12 0.781 0.759 0.09
0.644 0.24 1.084 0.698 0.26
0.108 0.40 1.387 0.149 0.555

4.562*

0.53 1.666 0 0.883

4.881*

0.68 1.908 0 1.297

1.321*

0.83 2.104 0 1.746

9.033*

0.94 2.252 0 2.117

1.562*

0.99 2.355 0 2.331
0 0.75 2.416 0 1.812
0 0.40 2.441 0 0.976
0 0.18 2.435 0 0.438
0 0.05 2.405 0 0.12

 Вт/

 Вт/

Реакция приемника:


Заменим ,(Т=3000К)

Вт

Чувствительность ,

 отн. ед.

,

отн. ед.

0.372 0.08 0.816 0.304 0.065
0.973 0.12 1.212 1.179 0.145
0.644 0.24 1.623 1.045 0.389
0.108 0.40 2.012 0.217 0.805

4.562*

0.53 2.354 0 1.248

4.881*

0.68 2.635 0 1.792

1.321*

0.83 2.848 0 2.364

9.033*

0.94 2.996 0 2.816

1.562*

0.99 3.084 0 3.053
0 0.75 3.121 0 2.341
0 0.40 3.114 0 1.246
0 0.18 3.072 0 0.553
0 0.05 3.004 0 0.15

 нА

мВ

Напряжение на выходе ФП устройства:

В

Сигнал на выходе фотоприемного устройства: В.


Список использованной литературы:

1.  «Транзисторы для аппаратуры широкого применения» под ред. Перельмана

2.  М.Д. Аксененко, справочник «Приемники оптического излучения»,1987