Построитель местной вертикали с секущим типом сканирования

  ω - рабочая частота

  Определим полосу пропускания электронной  схемы:

  Полоса  частот должна определяться только фазовым  детектором. Усилители не должны влиять на частотную характеристику сигнала, поэтому их полоса шире. Определим  эту полосу:

  

  Рис. 5.3

   Гц – Шумовая полоса электронного канала                        

   Гц;                                                                    

   Гц                                                                    

       Для предотвращения искажений  нужно выбрать нижнюю границу  полосы пропускания электронного  тракта много меньше частоты  модуляции и верхнюю границу  полосы пропускания - много больше  частоты модуляции.

   Гц; Гц                               

   Гц; Гц                            

  Выберем несколько транзисторов по критерию наименьший ток затвора, наименьшая ёмкость затвор-исток и наибольшая крутизна и сравним их, посчитав фактор шума (для нижней частоты).

  Характеристики  некоторых низкочастотных, маломощных транзисторов: 
 

  Табл. 5.2 Параметры транзисторов.

  Рассчитаем  значения фактора шума для трёх представленных транзисторов. Значения крутизны выбираем максимально возможным. Результат запишем в таблицу.

  Транзистор  КП305Е:

  

  

  g = 8

  I_з = 10^-13 
 

  Транзистор 2П305Б:

  g = 10

  I_з = 10^-12

    

  

  Транзистор  КП303Г:

  g = 7

  I_з = 10^-10

  

    

  Табл. 5.3 Расчётное значение фактора шума для выбранных транзисторов.

  Выберем транзистор с наименьшим значением  фактора шума, т.е. транзистор КП305Е. Его выходные характеристики представлены на рисунке 1.8.

  

  Рис. 5.4 Выходные характеристики транзистора КП305Е.

  

  Рис. 5.5 Зависимость крутизны характеристики от тока стока.

       Е_п = 15В, тогда U_ц = 15В, что удовлетворяет условию U_ц ≤ U_{си max} = 15В.

  Из  графика крутизны характеристики находим I_c0 = 12мА., соответствующую gm = 8 мА/В.

  По  выходным характеристикам определим U_зи0 = 2В и U_си =4В – напряжение сток-исток соответствующее выходу транзистора в активный режим. Для предотвращения попадания транзистора в режим насыщения из-за конструктивного разброса характеристик увеличим напряжение U_си на 0,5В, т.е. U_си0 = 4,5В.

        U_ц = 15В I_c0 = 12мА U_зи0 = 2В U_си0 = 4,5В Е_п = 15В

  По  этим параметрам рассчитаем истоковое  сопротивление:

  Rи = U_зи0/ I_c0                                                                

  Rи = 166,7 Ом.

  Для устранения ООС через истоковое  сопротивление необходима ёмкость  Си:

  Rи_экв · Си >> 1/ω_н

  Rи_экв – параллельное соединение истокового сопротивления и входного сопротивления транзистора со стороны истока R_вх.тр.и = 1/gm.

                                                                                            

  Rи_экв=71.4 Ом

                                                                                          (1.43)

   - параллельное соединение истокового  сопротивления и входного сопротивления  транзистора со стороны истока.

  Подставляя  значения, получим величину ёмкости  истока:

  Си = 1.31 мФ.

       Конденсатор с таким значением  ёмкости невозможно установить  на рассчитываемый прибор по  конструктивным соображениям, поэтому  убираем эту ёмкость и получаем  схему с распределенной нагрузкой.

  

  Рис. 5.6 Схема с распределённой нагрузкой.

  Рассчитаем  значения остальных элементов схемы.

  Сопротивление стока (R_c):

                                                         

  Коэффициент усиления схемы с распределённой нагрузкой вычисляется по формуле:

  Ку = gm·Rc/(1+gm·Rи)                                                                                    

  Ку = 2,428

  Значение  коэффициент усиления предусилителя  меньше 10, выберем меньше значение для  крутизны – 4 мА/В. Значение фактора  шума меняется очень незначительно. Проведем для него аналогичный расчет:

  

  Рис. 5.7 Выходные характеристики транзистора КП305Е.

  

  Рис. 5.8 Зависимость крутизны характеристики от тока стока.

       Е_п = 15В, тогда U_ц = 12.5В, что удовлетворяет условию U_ц ≤ U_{си max} = 15В.

  Из  графика крутизны характеристики находим I_c0 = 2мА., соответствующую gm = 4 мА/В.

  По  выходным характеристикам определим U_зи0 = 0,5В и U_си =3,5В – напряжение сток-исток соответствующее выходу транзистора в активный режим. Для предотвращения попадания транзистора в режим насыщения из-за конструктивного разброса характеристик увеличим напряжение U_си на 0,5В, т.е. U_си0 = 4В.

        U_ц = 12,5В  I_c0 = 2мА U_зи0 = 0,5В U_си0 = 4В Е_п = 15В

  По  этим параметрам рассчитаем истоковое  сопротивление:

  Rи = U_зи0/ I_c0

  Rи = 250 Ом.

  Для устранения ООС через истоковое  сопротивление необходима ёмкость  Си:

  Rи_экв · Си >> 1/ω_н

  Rи_экв – параллельное соединение истокового сопротивления и входного сопротивления транзистора со стороны истока R_вх.тр.и = 1/gm.

                                                                                             

                                                                                          

   - параллельное соединение истокового  сопротивления и входного сопротивления  транзистора со стороны истока.

  Подставляя  значения, получим величину ёмкости  истока:

  Си = 0.75 мФ.

       Конденсатор с таким значением  ёмкости невозможно установить  на рассчитываемый прибор по  конструктивным соображениям, поэтому  убираем эту ёмкость и получаем  схему с распределенной нагрузкой.

  

  Рис. 5.9 Схема с распределённой нагрузкой.

  Рассчитаем  значения остальных элементов схемы.

  Сопротивление фильтра Rф:

  Rф = (Е_п – U_ц)/ I_c0 = 2,5/0,002                                                                        

  Rф = 1250 Ом

    Ёмкость фильтра Сф, устраняющая паразитную обратную связь через внутренне сопротивление источника питания:

  Сф >> 1/(Rф·ω_н)                                                                                               

  Cф = 10/(Rф·ω_н)                                                                                               

  

  Сопротивление стока Rc:

  Rc = (U_ц -U_си0 - U_зи0)/ I_c0

  Rc = (12,5-4-0,5)/0.002 = 5250 Ом.

  Ёмкость стока Сс1 обеспечивает верхнюю полосу пропускания:

  Сс1 = 1/(Rс·ω_в)                                                                                                  

  Сс1 = 0,13нФ

  Ёмкость связи Сс, обеспечивающая нижнюю полосу пропускания:

  Сс = 1/(Rc·ω_н)                                                                                                    

  Сс = 1.8мкФ

  Коэффициент усиления схемы с распределённой нагрузкой вычисляется по формуле:

  Ку = gm·Rc/(1+gm·Rи)                                                                                      

  Ку = 10,5

  Рассчитаем  выходное сопротивление предусилителя:

    

  Rвых = 5,25 кОм.

 

 

  5.2 Расчёт усилителя. 

  В качестве усилителя используем инвертирующую  схему включения ОУ К140УД2.

  Характеристики  ОУ К140УД2 представлены ниже в табл. 5.4.

  

  Рис. 5.10 Корпус К140УД2.

    
 
 
 
 
 
 
 

  Рис. 5.11. Условное графическое обозначение К140УД2

  1 - напряжение  питания -U_п; 
2, 8, 11, 12 - коррекция; 
5 - выход; 
7 - напряжение питания +U_п; 
9 - вход инвертирующий; 
10 - вход неинвертирующий;