Підсилювач кабельних систем зв`язку

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Міністерство освіти Російської Федерації
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УНІВЕРСИТЕТ
СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ (ТУСУР)
Кафедра радіоелектроніки та захисту інформації (РЗИ)
ПІДСИЛЮВАЧ КАБЕЛЬНИХ
СИСТЕМ ЗВ'ЯЗКУ

Пояснювальна записка до курсового проекту з дисципліни

Схемотехніка і АЕУ

Студент гр. 148-3

__________Булдигін О.М.
24.04.2001
Керівник

Доцент кафедри РЗИ

_____________Тітов А.А.
_____________

Реферат
Курсовий проект 19 с., 11 рис., 1 табл.
КОЕФІЦІЄНТ ПОСИЛЕННЯ (До u), АМПЛІТУДНОЧАСТОТНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (АЧХ), термостабілізації, розділової ємності, ДРОСЕЛІ, ПЕРЕХРЕСНІ ЗВОРОТНІ ЗВ'ЯЗКУ.
Об'єктом проектування є підсилювач кабельних систем зв'язку.
Мета роботи - придбання навичок аналітичного розрахунку підсилювача по заданим до нього вимогам.
У процесі роботи проводився аналітичний розрахунок підсилювача і варіантів його виконання, при цьому був проведений аналіз різних схем термостабілізації, розраховані еквівалентні моделі транзистора, розглянуті варіанти колекторному ланцюзі транзистора.
У результаті розрахунку було розроблено магістральний підсилювач з заданими вимогами. Отриманий підсилювач може бути використаний для компенсації втрат потужності, установлюваний між багатокілометровими відрізками кабелів.
Курсова робота виконана в текстовому редакторі Microsoft Word 7.0.
Малюнки виконані у графічному редакторі Actrix Technical.

ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ
на курсове проектування з курсу "Аналогові електронні пристрої"
студент гр. 148-3 Булдигін О.М.
Тема проекту: Підсилювач кабельних систем зв'язку.
Вихідні дані для проектування аналогового пристрою.
1. Діапазон частот від 40 МГц до 230 МГц.
2. Допустимі частотні спотворення Мн 3 dB, МВ 3 dB.
3. Коефіцієнт посилення 30 dB.
4. Опір джерела сигналу 50 Ом.
5. Амплітуда напруги на виході 2 В.
6. Характер і величина навантаження 50 Ом.
7. Умови експлуатації (+10 +60) єС.
8. Додаткові вимоги: узгодження підсилювача по входу і виходу.

Зміст
1 Вступ ------------------------------------------ ------ ----------------------- 5
2 Основна частина ----------------------------------------------- ----------------- 6
2.1 Аналіз вихідних даних ---------------------------------------------- ---- 6
2.2 Розрахунок кінцевого каскаду ---------------------------------------------- - 6
2.2.1 Розрахунок робочої точки -------------------------------------------- -------- 6
2.2.2 Вибір транзистора і розрахунок еквівалентних схем заміщення ---- 8
2.2.2.1 Розрахунок параметрів схеми Джиаколетто -------------------------- 8
2.2.2.2 Розрахунок односпрямованої моделі транзистора ------------------ 9
2.2.3 Розрахунок і вибір схеми термостабілізації -------------------------- 9
2.2.3.1 емітерной термостабилизация -------------------------------------- 9
2.2.3.2 Пасивна колекторна --------------------------------------------- - 11
2.2.3.3 Активна колекторна --------------------------------------------- - 11
2.3 Розрахунок підсилювача ----------------------------------------------- ------------ 12
2.4 Розрахунок ємностей і дроселів --------------------------------------------- 15
Схема електрична принципова ------------------------------------- 16
Специфікація ------------------------------------------------- ------------------ 17
3 Висновок ------------------------------------------------ -------------------- 18
4 Список використаної літератури ----------------------------------------- 19

1 Введення
Мета роботи - придбання навичок аналітичного розрахунку магістрального підсилювача по заданим до нього вимогам.
Кабельні системи зв'язку є однією з важливих складових глобальних і локальних світових систем телекомунікацій. Для компенсації втрат потужності сигналу, в таких системах, використовуються широкосмугові підсилювачі, що встановлюються між багатокілометровими відрізками кабелів.
Зазначені підсилювачі відносяться до необслуговуваним пристроїв і повинні володіти наступними перевагами: гарне узгодження по входу і виходу, що виключає можливість переотраженія сигналів у кабельних мережах; незмінність параметрів підсилювача в часі, в діапазоні температур, і при старінні активних елементів схеми; хороша повторюваність характеристик підсилювачів при їх виробництві, без необхідності підстроювання;
Всіма перерахованими вище властивостями володіють підсилювачі з негативними перехресними зворотними зв'язками [1], що досягається завдяки спільному використанню послідовної місцевої та загальної паралельної зворотного зв'язку по струму в проміжних каскадах і паралельної зворотного зв'язку по напрузі у вихідному каскаді.

2 Основна частина
2.1 Аналіз вихідних даних
Може бути статистичний транзистор дає посилення в 20 dB, за завданням у нас 30 dB, звідси отримаємо, що наш підсилювач буде мати як мінімум 2 каскаду. Реалізуємо підсилювач на 2-х активних елементах. Рівень допустимих спотворень АЧХ, за завданням, 3 dB, тоді на кожен каскад доводиться по 1,5 dB.
Внаслідок того, що у нас будуть перехресні зворотні зв'язки рис. (2.3.1), які нам дадуть хороше узгодження по входу і виходу, в них буде губитися 1 / 3 вихідної напруги, то візьмемо U вих в 1,5 рази більше заданого, т . е. 3В.
2.2 Розрахунок кінцевого каскаду
2.2.1 Розрахунок робочої точки
По заданому напрузі на виході підсилювача розрахуємо напруга колектор емітер і струм колектора (робочу точку) [2].
U вих = 1,5 U вих (заданого) = 3 (В)
Iвих = = = 0,06 (А)
Розглянемо два варіанти реалізації схеми живлення транзисторного підсилювача [2]: перша схема реостатний каскад, друга схема дросельний каскад.
Реостатний каскад:

Rк = 50 (Ом), Rн = 50 (Ом), Rн ~ = 25 (Ом) рис (2.2.1.1).

Малюнок 2.2.1.1-Схема реостатного Малюнок 2.2.1.2-навантажувальні прямі.
каскаду по змінному струму.
Iвих = = = 0,12 (А)
Uке0 = U вих + Uост, де (2.2.1)
Uке0-напруга робочої точки або постійна напруга на переході колектор емітер. U вих-напруга на виході підсилювача.
Uост-залишкову напругу на транзисторі.
Iк0 = Iвих +0,1 Iвих, де (2.2.2)
Iк0-постійна складова струму колектора.
Iвих-струм на виході підсилювача.
Uке0 = 5 (В)
Iк0 = 0,132 (А)
Вихідна потужність підсилювача дорівнює:
Pвих = = = 0,09 (Вт)
Напруга джерела живлення одно:
Eп = Uке0 + Urк = Uке0 + Iк0 × Rк = 11,6 (В)
Потужність розсіюється на колекторі транзистора: u ^ 2/2R
Pрасс = Uке0 × Iк0 = 0,66 (Вт)

Потужність споживана від джерела живлення:
Рпотр = Eп × Iк0 = 1,5312 (Вт)
Iвих = = = 0,06 (А)
Дросельний каскад рис (2.2.1.3).

Малюнок 2.2.1.3-Схема дросельного Малюнок 2.2.1.4-навантажувальні прямі.
каскаду по змінному струму.
За формулами (2.2.1) і (2.2.2) розрахуємо робочу точку.
Uке0 = 5 (В)
Iк0 = 0,066 (А)
Pвих = = = 0,09 (Вт)
Eп = Uке0 = 5 (В) u ^ 2/2R
Рк рас = Uке0 × Iк0 = 0,33 (Вт)
Рпотр = Eп × Iк0 = 0,33 (Вт)
Таблиця 2.2.1.1-Характеристики варіантів схем колекторному ланцюзі.
Еп, (В)
Ррасс, (Вт)
Рпотр, (Вт)
Iк0, (А)
З Rк
11,6
0,66
1,5312
0,132
З Lк
5
0,33
0,33
0,066
З розглянутих варіантів схем живлення підсилювача видно, що доцільніше використовувати дросельний каскад.

2.2.2 Вибір транзистора і розрахунок еквівалентних схем заміщення.
На підставі наступних нерівностей: Uке0 (допустиме)> Uке0 * 1,2; Iк0 (доп)> Iк0 * 1.2; Рк рас> Рк рас (додатково) * 1,2; fт> (3 ¸ 10) * fв> 2300 МГц виберемо транзистор, яким буде 2Т996А [5]. Його параметри необхідні при розрахунку наведено нижче:
tс = 4,6 пс-постійна ланцюга зворотного зв'язку,
Ск = 1,6 пФ-ємність колектора при Uке = 10 В,
b0 = 55 - статичний коефіцієнт передачі струму в схемі із загальним емітером,
Uке0 (доп) = 20 В, Iк0 (додатково) = 200 мА-відповідно паспортні значення допустимої напруги на колекторі і постійної складової струму колектора,
Рк рас (додатково) = 2,5 Вт-допустима потужність розсіюється на колекторі транзистора, fт = 5000 МГц-значення граничної частоти транзистора при якій = 1,
LБ = 1 нГн, Lе = 0,183 нГн-індуктивності базової і емітерного висновків відповідно.
.
2.2.2.1Расчет параметрів схеми Джіаколетто.


Малюнок 2.2.2.1.1-Еквівалентна схема біполярного
транзистора (схема Джиаколетто).
Розрахунок заснований на [2].
Ск (треб) = Вк (пасп) * = 1,6 × = 2,26 (пФ), де
Ск (треб)-ємність колекторного переходу при заданому Uке0,
Ск (пасп)-довідкове значення ємності колектора при Uке (пасп).
rб = = 2,875 (Ом); gб = = 0,347 (Cм), де
rб-опір бази,
-Довідкове значення постійної ланцюга зворотного зв'язку.
rе = = = 0,763 (Ом), де
Iк0 в мА,
rе-опір емітера.
gбе = = = 0,023, де
gбе-провідність база-емітер,
-Довідкове значення статичного коефіцієнта передачі струму в схемі з загальним емітером.
Cе = = = 41,7 (пФ), де
Cе-ємність емітера,
fт-довідкове значення граничної частоти транзистора при якій = 1
Ri = = 100 (Ом), де
Ri-вихідний опір транзистора,
Uке0 (додатково), Iк0 (доп)-відповідно паспортні значення допустимої напруги на колекторі і постійної складової струму колектора.
gi = 0.01 (См).
2.2.2.2Расчет односпрямованої моделі транзистора.

Дана модель застосовується в області високих частот [4].
Малюнок 2.2.2.2.1-Односпрямована модель транзистора.
Lвх = LБ + Lе = 1 +0,183 = 1,183 (нГн), де
LБ, Lе-довідкові значення індуктивностей базової і емітерного висновків відповідно,
Lвх-індуктивність входу транзистора.
Rвх = rб = 2,875 (Ом), де
Rвх-вхідний опір транзистора.
Rвих = Ri = 100 (Ом), де
Rвих-вихідний опір транзистора.
Свих = Ск (треб) = 2,26 (пФ), де
Свих-вихідна ємність транзистора.
fmax = fт = 5 (ГГц), де
fmax-гранична частота транзистора.
2.2.3 Розрахунок і вибір схеми термостабілізації.
2.2.3.1 емітерной термостабілізація.
Емітерной термостабилизация широко використовується в малопотужних каскадах, так як втрати потужності в ній при цьому не значні і її простота виконання цілком їх компенсує, а також вона добре стабілізує струм колектора в широкому діапазоні температур при напрузі на емітер більш 3В [3


Малюнок 2.2.3.1.1-Схема каскаду з емітерной термостабілізацією.
Розрахуємо параметри елементів даної схеми.
Візьмемо напруга на емітер рівним Uе = 4 (В);
Eп = Uке0 + Uе = 9 (У);
Опір в ланцюзі емітера дорівнюватиме:
Rе = = = 66 (Ом);
Rб1 = , Iд = 10 × Іб, Iб = , Iд = 10 × = 10 × = 0,012 (А), де
Rб1-опір базового подільника,
Iд-ток базового подільника,
Iб-струм бази.
Rб1 = = 416,7 (Ом);
Rб2 = = 391,6 (Ом).
Поряд з емітерной термостабілізацією використовуються пасивна та активна колекторна термостабілізації.


2.2.3.2 Пасивна колекторна:
Малюнок 2.2.3.2.1-Схема пасивної колекторної термостабілізації.
З використанням [3].
Rк = 50 (Ом);
Urк = Iк0 × Rк = 3,3 (В), де
Urк-падіння напруги на Rк.
Eп = Uке0 + Urк = 8,3 (В);
Iд = 0,012 (А);
Rб = = 360 (Ом).
Струм бази визначається Rб. При збільшенні струму колектора напруга в точці А падає, і отже зменшується струм бази, а це не дає збільшуватися далі току колектора. Але щоб став змінюватися струм бази, напруга в точці А має змінитися на 10-20%, тобто Rк повинно бути дуже велике, що виправдовується лише в малопотужних каскадах. Але в силу того, що ми будемо застосовувати перехресні зворотні зв'язки, дана схема нам не підходить.
2.2.3.3 Активна колекторна термостабілізація.
Можна зробити щоб Rб залежало від напруги в точці А див. рис. (2.2.3.2.1). Отримаємо що при незначному зменшенні (збільшенні) струму колектора значно збільшиться (зменшиться) струм бази. І замість великого Rк можна поставити менше на якому б падало порядку 1В [3] див. рис. (2.2.3.3.1).
Статичний коефіцієнт передачі по струму другого транзистора b2 = 50;
Rк = = = 15,15 (Ом);
Eп = Uке0 + Urк = 5 +1 = 6 (В);
Напруга на базі другого транзистора дорівнюватиме:
UБ2 = Uке0-0, 7 = 5-0,7 = 4,3 (В);
Струм колектора другого транзистора буде дорівнює:
Iк2 = Iд1 = 0,012 (А);
Iд2 = 10 × Iб2 = 10 × = = 0.0024 (A), де
Iд2, Iб2-токі базового дільника і бази другого транзистора відповідно.
R3 = = = 708,3 (Ом);
R1 = = = 1,792 (кОм);
Напруга в робочій точці другого транзистора дорівнюватиме ;
R2 = = = 1500 (Ом).

Малюнок 2.2.3.3.1-Активна колекторна термостабілізація.
Дана схема вимагає значну кількість додаткових елементів, у тому числі і активних. Якщо Сф втратить свої властивості, то каскад самовозбудітся і буде не посилювати, а генерувати, тобто даний варіант не бажаний, оскільки параметри підсилювача повинні якомога менше залежати від зміни параметрів його елементів, за завданням. Грунтуючись на проведеному вище аналізі схем термостабілізації виберемо емітерной.
2.3 Розрахунок підсилювача.
Оскільки ми будемо використовувати перехресні зворотні [1], [3], то всі відповідні елементи схеми будуть однакові, тобто по суті справи розрахунок всього підсилювача зводиться до розрахунку двох каскадів рис. (2.3.1). Перевагою даної схеми є те, що при виконанні умови схема виявляється согласван-ної по входу і виходу з КСВН не більше 1,3 в діапазоні частот, де виконується умова ³ 0,7. Тому практично відсутній взаємний вплив каскадів один на одного при їх каскадування Кількість каскадів буде залежати від запланованого Кu і смуги пропускання, які можна визначити як:
Кu (заг) = , Де (2.3.1)
К0-коефіцієнт посилення двох каскадів,
n-число каскадів.
К = (2.3.2) , Де (2.3.3)
fв-верхня гранична частота підсилювача на n каскадах.
Виберемо К = 0.2, і зробимо розрахунок підсилювача на двох каскадах див. рис. (2.3.1).
К0 = = 18.7;
b1 = = 6.18;
b2 = = 14.9
За формулою (2.3.2) R'е = 10 (Ом), тоді R''е = Rе-R'е = 60.61-10 = 50.61 (Ом).
Повне узгодження по входу і виходу забезпечується при виконанні умови
, Звідси Rос = 250 Ом.
, Де (2.3.4)
fв-верхня гранична частота підсилювача на двох каскадах,
= 0,145 (нс),
Се, rе-ємність і опір емітера розраховані за схемою Джіаколетто.
; , Де
Yв-спотворення в області верхніх частот вносяться одним каскадом,
fв-верхня гранична частота за завданням.
(Нс);
;
;
(МГц); Кu (заг) = , Кu (заг) = (Разів);



Малюнок 2.3.1-Схема магістрального підсилювач на двох каскадах.
Як видно з розрахунку ми маємо запас по смузі пропускання, але не достатній коефіцієнт підсилення. Тому візьмемо три каскаду див. рис. (2.3.2), тоді за формулами (2.3.1) і (2.3.4) відповідно отримаємо:
Кu (заг) = (Раз), що відповідає 39,4 dB;
, (МГц);


Малюнок 2.3.2-Магістральний підсилювач на трьох каскадах.

2.4 Розрахунок ємностей і дроселів.
Проведений нижче розрахунок заснований на [2].
-Нижня гранична частота за завданням.
(ПФ);
(МкГн);
На нижніх частотах нерівномірність АЧХ обумовлена ​​ємностями Ср і Се, тому нехай 1,5 dB вносять Ср і стільки ж Се.
, Де (2.4.1)
R1 і R2 опору відповідно зліва і справа від Ср
Yн допустимі спотворення вносяться однієї ємністю.
(DB), (Разів), для СР1 і (Разів), для Се.
R1 = Rвих (каскаду), R2 = Rвх (каскаду) = Rн = 50 (Ом), для СР1 (межкаскадной),
R1 = Rг = Rвих (3-го каскаду) = 50 (Ом), R2 = Rвх (каскаду) = Rн = 50 (Ом), для Ср2,
,
, , Де
-Параметри елементів схеми Джиаколетто,
S0-крутість транзистора.
,
(Ом),
За формулою (2.4.1) розрахуємо СР
(ПФ),
(ПФ),
,
,
(Нс),
(НФ).




РТФ КП 468730.001 ПЗ
ПІДСИЛЮВАЧ
Літ
Маса

Масштаб

З

Лист

N докум.
Підпис.

Дата

КАБЕЛЬНИХ СИСТЕМ ЗВ'ЯЗКУ
Виконав
Булдигін
Схема електрична принципова

Перевірив

Тітов
Принципова
Лист
Листів
ТУСУР РТФ
Кафедра РЗИ
гр. 148-3
Позиція
Позн.
Найменування
Кількість
Примітка
Конденсатори ОЖ0.460.203 ТУ
С1, С9
КД-2-130 пФ ± 5%
2
С2, С5
КД-2-49 пФ ± 5%
2
С4, С7
С10
КД-2-1 нФ ± 5
3
С3, С6
С8
КД-2-39 пФ ± 5%
3
Котушки індуктивності
L 1. L2
L3
Індуктивність 10 мкГн ± 10%
3
Резистори ГОСТ 7113-77
R 1, R5
R10
МЛТ-0 ,125-430 Ом ± 10%
3
R 2, R7
R12
МЛТ-0 ,125-390 Ом ± 10%
3
R 3, R8
R14
МЛТ-0 ,5-10 Ом ± 10%
3
R 4, R9
R15
МЛТ-0 ,5-51 Ом ± 10%
3
R 6,
R11,
R13
МЛТ-0 ,25-240 Ом ± 10%
3


Транзистори
VT1,
VT2,
VT3
2Т996А
3
 
 
 
 
 
 
 
 
РТФ КП 468730.001 ПЗ
Літ
Маса

Масштаб

З

Лист

N докум.
Підпис.

Дата

ПІДСИЛЮВАЧ
Виконав
Булдигін
КАБЕЛЬНИХ СИСТЕМ ЗВ'ЯЗКУ

Перевірив

Тітов
Лист
Листів
ТУСУР РТФ
Перелік елементів
Кафедра РЗИ
гр. 148-3
3 Висновок
У даному курсовому проекті розроблений підсилювач кабельних систем зв'язку з використанням транзисторів КТ996А і перехресних зворотних зв'язків, має такі технічні характеристики: смуга робочих частот (40-240) МГц; коефіцієнт посилення 39 дБ; нерівномірність амплітудно-частотної характеристики + 1,5 дБ; максимальне значення вихідної напруги 2 В; опір генератора і навантаження 50 Ом; напруга живлення 9 В.

Література

1. Титов А.А. Спрощений розрахунок широкосмугового підсилювача. / / Радіотехніка. 1979. № 6.
2. Мамонкин І.П. Підсилювальні пристрої: Навчальний посібник для вузов.-М.: Зв'язок, 1977.
3. Титов А.А. Розрахунок коригувальних ланцюгів широкосмугових підсилювач-них каскадів на біполярних транзисторах http://www/referat.ru./download/2674.zip
4. А.А. Тітов, Л.І. Бабак, М.В. Черкашин. Розрахунок межкаскадной узгоджуючої ланцюга транзисторного смугового підсилювача потужності. / / Електронна техніка. Сер. НВЧ-техніка. Вип. 1 (475), 2000.
5. Напівпровідникові прилади. Транзистори середньої та великої потужності: Довідник / А.А. Зайцев, А.І. Міркін, В.В. Мокряков та ін Під редакцією А.В. Голомедова.-М.: Радіо та зв'язок, 1989.-640с.: Іл.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Курсова
146.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Проектування кабельних ліній зв язку на залізницях 2
Викрадення шляхом демонтажу та іншим засобом електричних мереж кабельних лінів зв язку та їх об
Підсилювач радіорелейної лінії зв`язку
Підсилювач радіолінейной лінії зв`язку
Класифікація технічних засобів і систем радіозв`язку Переваги і недоліки радіозв`язку
Завадостійкість систем зв`язку
Розрахунок та оптимізація характеристик систем електрозв язку
Розрахунок та оптимізація характеристик систем електрозв язку
Можливості білінгових систем для операторів фіксованого зв`язку
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru