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..+85 С |
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; R U2, R U2, 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.
Значения  и .при расчете были очень велики, поэтому поделены на коэффициент 
 мА/лм -токовая чувствительность (интегральная)
 ,
где  - шаг суммирования, мкм
 Вт/
 Вт/
Реакция приемника:
Заменим  ,(Т=3000К)
 Вт
 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
|