регистрация / вход

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

Схема включения фотоприемника. Принципиальная электронная схема предварительного усилителя, обеспечивающая согласование с приемником. Сигнал на выходе фотоприемного устройства. Спектральная чувствительность фотодиода. Усилитель сигнала на транзисторе.

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

ОТКРЫТЬ САМ ДОКУМЕНТ В НОВОМ ОКНЕ

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ [можно без регистрации]

Ваше имя:

Комментарий