Проектування підсилювального каскаду ФЕП

3.2. Проектування підсилювального каскаду ФЕП

Як було сказано в п.2, вихідні параметри 1-го каскаду на фототранзистор і цілком задовільні для роботи пристрою обробки сигналу, яким може бути, наприклад, обмежувач амплітуд.

Однак, то був випадок оптимально розрахованої оптичної системи ФЕП з оптимально підібраними значеннями освітленостей достатньо контрастної картини.

Якщо ця умова не буде виконана, то амплітуда вихідного сигналу буде значно меншою.

Нехай фототранзистор ФТ-2Г працює при освітленостях менше 100 люкс (див. рис. 2). В цьому разі при попередньо розрахованій характеристиці навантаження (лінії АВ), амплітудні значення напруги зменшуються до сотих – десятих долей вольта (ділянка між точками Т і К на лінії АВ, див. рис. 2). Відповідні зміни становлять близько 0,1 мА, тому без додаткового підсилення сигналу вже не обійтися.

Необхідний коефіцієнт підсилення по напрузі такого підсилювача має становити K_u = 10 ч 20.

Підсилювач має підсилювати імпульси з мінімальною тривалістю 10^-4 сек (див. п.1). Тобто підсилювальний каскад мало відрізняється від типових підсилювачів низької частоти. Таким чином, вже не можна проводити вибір транзисторів по граничній частоті . В нашому випадку підійде будь-який достатньо потужний транзистор, здатний працювати на низьких або середніх частотах.

З умови K_u = 10 ч 20 ясно, що слід обмежитися одним каскадом, тобто n=1.

Виберемо кремнієвий n-p-n транзистор середньої частоти П308 (див. рис. 7).

Його параметри:

30 ч 90 (І_е = 10 мА, U_ke = 10В, t = 20⁰C, на низькій частоті)

На рис. 7^Б будуємо робочу зону транзистора.

Орієнтовно задамо опір резистора R_k в колі колектора (R_kR_н ) R_k = 1 кОм і будуємо відповідну лінію навантаження (лінія MN на рис. 7^Б).

Виберемо режим спокою транзистора (імпульси не надходять на вхід каскаду).

На вхідній та вихідній характеристиках він позначений буквою С.

Таким чином:

На рис. 7а нанесено, як приклад, вид вхідного сигналу —імпульс напруги U_БЕ.

На рис. 7а нанесена також лінійна ділянка лінії навантаження підсилювача.

Схема підсилювача матиме такий вигляд:

Рис. 8. Схема підсилювача.

Лінійна ділянка лінії навантаження обмежена зверху точкою Д:

За вибраного режиму при [] імпульси, які підсилені в каскаді, досягають режиму насичення.

Якщо , то підсилювач працюватиме в лінійному режимі, коли амплітуда вхідних сигналів пропорційна амплітуді вихідних.

Визначимо опір резисторів, що визначають режим спокою другого каскаду (на Т2).

Враховуючи, що R_к = 1кОм, розрахуємо:

Струм подільника повинен бути в 10 разів більшим за

Тоді

;

Отже ;

;

Коефіцієнт підсилення по напрузі 2-го каскаду (в лінійному режимі):

;

Якщо взяти середнє значення , , то

,

що цілком задовольняє поставлену задачу.

Коефіцієнт підсилення по струму 2-го каскаду в лінійному режимі визначимо графоаналітичним способом (див. рис. 7).

Визначимо вхідний опір каскаду:

Номінал шунтуючого конденсатора вибирається з тих же міркувань, які були викладені в п.2.

Номінал роздільного конденсатора вибирається з тих же міркувань, які були викладені в п.2.

Всі номінали обох каскадів, 1-го прийомного і 2-го підсилювального показано на принциповій електричній схемі:

Рис. 9. Принципова схема.

3.3. Проектування вихідного каскаду (емітерний повторювач)

Характер навантаження ФЕП визначається способом обробки і перетворення сигналу до виду зручного для передачі. це може бути діодний обмежувач амплітуди, чи навіть якийсь електромеханічний пристрій.

У випадку навантаження ФЕП на низькоомне навантаження з’являється потреба ще в одному каскаді — емітерному повторювачу. Завдяки низькому вихідному опору емітерний повторювач еквівалентний генератору напруги, яка мало змінюється при зміні опору навантаження (звичайно, до тих пір, поки опір навантаження буде набагато більше вихідного опору навантаження).

Схема емітерного повторювача:

Рис. 10. Емітерний повторювач.

В якості транзистора можна використати транзистор того ж типу, що й у попередньому каскаді (П308).

В цьому випадку лінією навантаження виберемо відрізок NM΄ (див. рис. 7б).

Границі динамічної ділянки — точки С΄ і Д΄.

Аналогічно попередньому випадку знаходимо

Режим спокою катодного повторювача — точка С΄. Для неї маємо:

;

(струм подільника напруги); тоді

;

;

Коефіцієнт передачі струму емітерним підсилювачем:

(мінімальне значення)

Коефіцієнт передачі напруги:

Вихідний опір ;

Якщо опір навантаження емітерного повторювача, тобто навантаження ФЕП складатиме R_н = 100 ом, то

Таким чином, остаточна схема ФЕП матиме такий вигляд:

Рис. 11. Принципова схема ФЕП.