МОСКОВСКИЙЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ)
КафедраСветотехники
Типовойрасчет по курсу «Приемники излучения»
«Расчетэлектронной схемы включения приемника излучения, согласованной с усилительнойсхемой по сигналу»
Выполнила: Нилова Ирина,ЭР-06-07
Проверил: Григорьев А.А.
Москва
2010
ЗАДАНИЕ
1. Рассчитать схемувключения фотоприемника. (Фоторезистор поставить в режим согласованнойнагрузки).
2. Разработатьпринципиальную электронную схему предварительного усилителя, обеспечивающуюсогласование с приемником по сигналу. Обеспечить коэффициент усиленияпредусилителя в диапазоне 10 – 100.
3. Рассчитать сигнал навыходе фотоприемного устройства.
Исходные данные длярасчета (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 фотодиодаФД–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
Спектральнаячувствительность фотодиода:
/>
Параметры транзистораКП303А:
Габаритные размеры:
/>
Входная ёмкость, />пФ 6
Проходная ёмкость, />пФ 2
Выходная ёмкость, />пФ 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..+85/>С
ВАХ транзистора:
фотоприемникусилитель транзистор сигнал
/>
Составим схемупредварительного усилителя сигнала на полевом транзисторе
/>
/> МОм — сопротивление утечки цепизатвора
/> Гц – верхняячастота
/> - выходноесопротивление схемы включения в режиме согласованной нагрузки (Фоторезисторнеобходимо поставить в режим согласованной нагрузки, т.е. сигнал на выходефоторезистора должен достигать максимального значения. Сигнал на выходемаксимален, когда темновое сопротивление фоторезистора равно сопротивлениюнагрузки/>)
/> МОм
/> МОм
Для обеспечениясогласования схемы с приемником по сигналу необходимо, чтобы входноесопротивление усилителя было много больше выходного сопротивления
схемы включения. (Вданном случае в 5 раз).
/>
/> МОм
/> МОм, т.к. />-нужно использоватьистоковый повторитель.
Для согласования посигналу необходимо, что бы выходное сопротивление было много меньше,сопротивления затвора. Т.к. максимальное сопротивление затвора 1МОм, арассчитанное выходное сопротивление /> МОм, то для увеличения входногосопротивления схемы, используем схему истокового повторителя:
Составим схемуусилительного каскада с истоковым повторителем
/>
Обозначения: Ri –темновое сопротивление ФП; RH – сопротивление нагрузки; RФ, СФ – сопротивление и емкостьфильтра; R31, R32, CЗ2 — сопротивление и емкость затвора; R/>U2, R/>U2, RU1, СU1– сопротивление и емкость истока; RC1, CC1 — сопротивление и емкость стока; С1 – емкость связи; ЕП –напряжение питания.
Найдем рабочую точкутранзистора из зависимости
/>
Рассмотрим кривую /> В, получаемследующие значения
/> В; /> мА;
Кривая />В; />мА.
/> мА; />В
Напряжение питания
/>В (/>В)
Крутизна транзистора
/> мА/В
Условие выполнениясогласования по сигналу:
/>; />;
/>
/> (з-н Ома); /> />1 кОм
/> /> /> кОм
/>кОм
/>
/> МОм
/> МОм /> согласование выполняется
/> нФ
— необходимо дляисключения влияния постоянного напряжения на схему включения
/> нФ- обеспечивает нижнюю частоту
Коэффициент усиленияосновного усилительного каскада
/>
/> кОм (по з-ну Ома)
/>
/>/> обеспечен коэффициент усиленияпредусилителя в диапазоне 10 – 100.
/> (по з-ну Ома) /> кОм- необходимо дляобеспечения значений /> и />
/> нФ- обеспечивает верхнюю частоту
/>кОм
/>мФ- устраняет действиеотрицательной обратной связи, возникающей из-за />
/>(/> — выходное сопротивлениеусилительного каскада)
/>(/> — входное сопротивление следующегоусилителя)
/>мкФ — обеспечивает связь с последующимикаскадами, сигнал должен передаваться без искажений
/>
/>
/>
/>
/> (в режиме согласования />)
/> МОм
/>нФ –
Сф, Rф – цепочка устраняет влияниепаразитной обратной связи, возникающей из-за неидеальности источника питания
Разработанная электроннаясхема предварительного усилителя обеспечила согласование с приемником посигналу. Так же обеспечен коэффициент усиления предусилителя в диапазоне10-100.
РАССЧИТАЕМ СИГНАЛ НАВЫХОДЕ ФОТОПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА
Спектральнаячувствительность фотодиода:
/>
Определим значенияотносительной спектральной чувствительности фотодиода ФД – 8к, для этого мы провели«среднюю» линию и приблизительно нашли значения />.
Значения чувствительностив 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 следующиезначения:
1. /> - относительнаяспектральная световая эффективность основного фотометрического наблюдателя.
/>
2. /> - спектральнуюплотность энергетической светимости стандартного источника типа «А»
/>, где
/> />*/>
/>м*К
3. /> - спектральнуюплотность энергетической светимости источника при Ти=3000 К
/>
Спектральная плотностьэнергетической светимости источника типа А при температуре 2856К и спектральнуюплотность 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 2.416 3.121 1.0 2.441 3.114 1.05 2.435 3.072 1.1 2.405 3.004
Значения /> и />.при расчете были оченьвелики, 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 0.883
4.881*/> 0.68 1.908 1.297
1.321*/> 0.83 2.104 1.746
9.033*/> 0.94 2.252 2.117
1.562*/> 0.99 2.355 2.331 0.75 2.416 1.812 0.40 2.441 0.976 0.18 2.435 0.438 0.05 2.405 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 1.248
4.881*/> 0.68 2.635 1.792
1.321*/> 0.83 2.848 2.364
9.033*/> 0.94 2.996 2.816
1.562*/> 0.99 3.084 3.053 0.75 3.121 2.341 0.40 3.114 1.246 0.18 3.072 0.553 0.05 3.004 0.15
/>
/>
/> нА
/>мВ
Напряжение на выходе ФПустройства:
/>В
Сигнал на выходефотоприемного устройства: />В.
Список использованнойлитературы:
1. «Транзисторы дляаппаратуры широкого применения» под ред. Перельмана
2. М.Д. Аксененко,справочник «Приемники оптического излучения»,1987