Усилитель кабельних систем связи

року міністерство освіти Російської Федерации.

ТОМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНИВЕРСИТЕТ.

СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ (ТУСУР).

Кафедра радіоелектроніки та інформації (РЗИ).

ПІДСИЛЮВАЧ КАБЕЛЬНЫХ.

СИСТЕМ СВЯЗИ.

Пояснювальна записка до курсовому проекту по дисциплине.

Схемотехника і АЭУ.

Студент грн. 148−3.

__________Булдыгин А.Н.

24.04.2001.

Руководитель.

Доцент кафедри РЗИ.

_____________Титов А.А.

_____________.

Реферат.

Курсової проект 19 з., 11 рис., 1 табл.

КОЕФІЦІЄНТ ПОСИЛЕННЯ (Кu), АМПЛИТУДНОЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (АЧХ), ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, РОЗДІЛЮВАЛЬНІ ЁМКОСТИ, ДРОСЕЛІ, ПЕРЕКРЁСТНЫЕ ЗВОРОТНІ СВЯЗИ.

Об'єктом проектування є підсилювач кабельних систем связи.

Мета роботи — придбання навичок аналітичного розрахунку підсилювача по заданим щодо нього требованиям.

У процесі роботи проводився аналітичний розрахунок підсилювача і варіантів її виконання, у своїй був зроблений аналіз різних схем термостабилизации, розраховані еквівалентні моделі транзистора, розглянуті варіанти коллекторной ланцюга транзистора.

Через війну розрахунку розробили магістральний підсилювач з заданими вимогами. Отриманий підсилювач можна використовувати для компенсації втрат потужності, який установлюють між многокилометровыми відрізками кабелей.

Курсова робота виконано текстовому редакторі Microsoft Word 7.0.

Малюнки виконані графічному редакторі Actrix Technical.

ТЕХНІЧНЕ ЗАДАНИЕ.

на курсове проектування за курсом «Аналогові електронні устрою» студент грн. 148−3 Булдыгин О. Н. Тема проекту: Підсилювач кабельних систем зв’язку. Вихідні дані для проектування аналогового устрою. 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 не вдома 2 У. 6. Характер й розмір навантаження 50 Ом. 7. Умови експлуатації (+10 +60)єС. 8. Додаткові вимоги: узгодження підсилювача по входу і выходу.

1 Запровадження ————————————————————— ——————————- ———— 5 2 Більшість ————————————————————————————— ——— 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 термостабилизации ————————————— 9 2.2.3.1 Эмитерная термостабилизация ——————————————————— 9 2.2.3.2 Пасивна колекторна —————————————————————— — 11 2.2.3.3 Активна колекторна ——————————————————————- — 11 2.3 Розрахунок підсилювача ——————————————————————————— ——- 12 2.4 Розрахунок ёмкостей і дросселей —————————————————————- — 15 Схема електрична принципова ——————————————————- 16 Специфікація ——————————————————————————————— ——- 17 3 Укладання ——————————————————————————————- ———- 18 4 Список використовуваної літератури ————————————————————- 19.

1 Введение.

Мета роботи — придбання навичок аналітичного розрахунку магістрального підсилювача по заданим щодо нього требованиям.

Кабельні системи зв’язку є як з найважливіших складових глобальних і локальних світових систем телекомунікацій. Для компенсації втрат потужності сигналу, в системах, використовуються широкосмугові підсилювачі, встановлювані між многокилометровыми відрізками кабелей.

Зазначені підсилювачі ставляться до необслуживаемым пристроям і дружина мають мати такими достоїнствами: хороше узгодження по входу і, який виключає можливість переотражения сигналів в кабельних мережах; незмінність параметрів підсилювача у часі, буде в діапазоні температур, і за старінні активних елементів схеми; хороша повторюваність характеристик підсилювачів за її виробництві, без необхідності подстройки;

Всіма переліченими вище властивостями мають підсилювачі з негативними перехресними зворотними зв’язками [1], яка досягається завдяки спільному використанню послідовної місцевої влади й загальної паралельної зворотний зв’язок по току в проміжних каскадах і паралельної зворотний зв’язок за напругою в вихідному каскаде.

2 Основна часть.

2.1 Аналіз вихідних данных.

Посередньо статистичний транзистор дає посилення в $ 20 dB, за завданням у нас 30 dB, звідси одержимо, що наша підсилювач матиме принаймні [pic]2 каскаду. Реалізуємо підсилювач на 2-х активних елементах. Рівень допустимих спотворень АЧХ, за завданням, 3 dB, тоді за кожен каскад доводиться по 1,5 dB. У результаті те, що ми матимемо перекрёстные зворотний зв’язок рис.(2.3.1), які потрібні дадуть хороше узгодження по входу і, у яких буде губитися 1/3 вихідного напруги, то візьмемо Uвых в 1,5 рази більше заданого, тобто. 3 В.

2.2 Розрахунок кінцевого каскада.

2.2.1 Розрахунок робочої точки.

По заданому напрузі не вдома підсилювача розрахуємо напруга колектор эмитер і струм колектора (робочу точку) [2]. Uвых=1,5Uвых (заданного)=3 (У) Iвых=[pic]=[pic]=0,06 (А).

Розглянемо два варіанта реалізації схеми харчування транзисторного підсилювача [2]: перша схема реостатный каскад, друга схема дроссельный каскад. Реостатный каскад: Rк=50 (Ом), Rн=50 (Ом), Rн≅25 (Ом) рис (2.2.1.1).

Рисунок 2.2.1.1-Схема реостатного Малюнок 2.2.1.2- Нагрузочные прямі. каскаду по перемінному току.

Iвых=[pic]=[pic]=0,12 (А) Uкэ0=Uвых+Uост, где.

(2.2.1) Uкэ0-напряжение робочої точки чи постійна напруга на переході колектор эмитер. Uвых-напряжение не вдома підсилювача. Uост-остаточное напруга на транзисторі. Iк0=Iвых+0,1Iвых, где.

(2.2.2) Iк0-постоянная складова струму колектора. Iвых-ток не вдома підсилювача. Uкэ0=5 (У) Iк0=0,132 (А) Вихідна потужність підсилювача дорівнює: Pвых=[pic]=[pic]=0,09 (Вт) Напруга джерела харчування одно: Eп=Uкэ0+URк=Uкэ0+ Iк0(Rк=11,6 (У) Потужність рассеиваемая на колекторі транзистора: Pрасс=Uкэ0(Iк0=0,66 (Вт) Потужність споживана джерела харчування: Рпотр= Eп (Iк0=1,5312 (Вт) Iвых=[pic] =[pic]=0,06 (А) Дроссельный каскад рис (2.2.1.3). Малюнок 2.2.1.3-Схема дроссельного Малюнок 2.2.1.4- Нагрузочные прямі. каскаду по перемінному току.

По формулам (2.2.1) і (2.2.2) розрахуємо робочу точку. Uкэ0=5 (У) Iк0=0,066 (А) Pвых=[pic]=[pic]=0,09 (Вт) Eп=Uкэ0=5 (У) Рк расс=Uкэ0(Iк0=0,33 (Вт) Рпотр= Eп (Iк0=0,33 (Вт) Таблица 2.2.1.1- Характеристики варіантів схем коллекторной ланцюга. | | |Ррасс,(Вт|Рпотр,(Вт| | | |Еп,(В) |) |) |Iк0,(А) | |З Rк | | 0,66 | 1,5312 | 0,132 | | |11,6 | | | | |З Lк | 5 | 0,33 | 0,33 | 0,066 |.

З розглянутих варіантів схем харчування підсилювача видно, що доцільніше використовувати дроссельный каскад.

2.2.2 Вибір транзистора і розрахунок еквівалентних схем замещения.

З наступних нерівностей: Uкэ0(допустимое)>Uкэ0*1,2; Iк0(доп)>Iк0*1.2; Рк расс> Рк расс (доп)*1,2; fт>(3(10)*fв>2300 МГц виберемо транзистор, яким буде 2Т996А [5]. Його параметри необхідні при розрахунку наведено нижче: (с=4,6 псстала ланцюга зворотний зв’язок, Ск=1,6 пФёмкость колектора при Uкэ=10 У, (0=55- статичний коефіцієнт передачі струму у схемі із загальним эмитером, Uкэ0(доп)=20 У, Iк0(доп)=200 мАЛОвідповідно паспортні значення припустимого напруги на колекторі і голову постійної складової струму колектора, Рк расс (доп)=2,5 Вт-допустимая потужність рассеиваемая на колекторі транзистора, fт=5000 МГцзначення граничной частоти транзистора при якої [pic]=1, Lб=1 нГн, Lэ=0,183 нГніндуктивності базовий і эмитерного висновків відповідно. .

2.2.2.1Расчёт параметрів схеми Джиаколетто.

Малюнок 2.2.2.1.1- Еквівалентна схема біполярного транзистора (схема Джиаколетто).

Розрахунок грунтується на [2]. Ск (треб)=Ск (пасп)*[pic]=1,6([pic]=2,26 (пФ), де Ск (треб)-ёмкость коллекторного переходу при заданому Uкэ0, Ск (пасп)-справочное значення ёмкости колектора при Uкэ (пасп). rб= [pic]=2,875 (Ом); gб=[pic]=0,347 (Cм), де rб-сопротивление бази, [pic]-справочное значення постійної ланцюга зворотний зв’язок. rэ=[pic] =[pic]=0,763 (Ом), де Iк0 в мАЛО, rэ-сопротивление эмитера. gбэ=[pic]=[pic]=0,023, де gбэ-проводимость база-эмитер, [pic]-справочное значення статичного коефіцієнта передачі струму в схемою з загальним эмитером. Cэ=[pic]=[pic]=41,7 (пФ), де Cэ-ёмкость эмитера, fт-справочное значення граничной частоти транзистора коли він [pic]=1 Ri= [pic]=100 (Ом), де Ri-выходное опір транзистора, Uкэ0(доп), Iк0(доп)-соответственно паспортні значення припустимого напруги на колекторі і голову постійної складової струму колектора. gi=0.01(См).

2.2.2.2Расчёт односпрямованої моделі транзистора.

Ця модель застосовується у сфері високих частот [4].

Рисунок 2.2.2.2.1- Односпрямована модель транзистора.

Lвх= Lб+Lэ=1+0,183=1,183 (нГн), де Lб, Lэ-справочные значення индуктивностей базовий і эмитерного висновків відповідно, Lвх-индуктивность входу транзистора. Rвх=rб=2,875 (Ом), де Rвх-входное опір транзистора. Rвых=Ri=100 (Ом), де Rвых-выходное опір транзистора. Свых=Ск (треб)=2,26 (пФ), де Свых-выходная ёмкость транзистора. fmax=fт=5 (ГГц), де fmax-граничная частота транзистора.

2.2.3 Розрахунок і вибір схеми термостабилизации.

2.2.3.1 Эмитерная термостабилизация.

Эмитерная термостабилизация широко використовують у малопотужних каскадах, оскільки втрати потужності ній у своїй не значні і її простота виконання цілком їх компенсує, і навіть вона добре стабілізує струм колектора широтою діапазону температур при напрузі на эмиттере більш 3 В [3.

Рисунок 2.2.3.1.1-Схема каскаду з эмитерной термостабилизацией.

Розрахуємо параметри елементів даної схеми. Візьмемо напруга на эмиттере рівним Uэ=4 (У); Eп=Uкэ0+Uэ=9 (У); Опір у ланцюги эмитера дорівнюватиме: Rэ=[pic] =[pic]=66 (Ом); Rб1=[pic], Iд=10(Iб, Iб=[pic], Iд=10([pic] =10([pic]=0,012 (А), де Rб1-сопротивление базового дільника, Iд-ток базового дільника, Iб-ток бази. Rб1=[pic]=416,7 (Ом); Rб2=[pic] =391,6 (Ом).

Поруч із эмитерной термостабилизацией використовуються пасивна і активна колекторна термостабилизации.

2.2.3.2 Пасивна коллекторная:

Рисунок 2.2.3.2.1- Схема пасивної коллекторной термостабилизации.

С використанням [3]. Rк=50 (Ом); URк=Iк0(Rк=3,3 (У), де URк-падение напруги на Rк. Eп=Uкэ0+URк=8,3 (У); Iд=0,012 (А); Rб=[pic] =360 (Ом).

Струм бази визначається Rб. При збільшенні струму колектора напруга у точці А падає, і отже зменшується струм бази, але це не дає збільшуватися далі току колектора. Але от щоб став змінюватися струм бази, напруження як у точці А має змінитися на 10−20%, тобто Rк має бути дуже велике, що виправдовується лише у малопотужних каскадах. Але з те, що ми застосовувати перекрёстные зворотний зв’язок, дана схема нам не подходит.

2.2.3.3 Активна колекторна термостабилизация.

Можна зробити щоб Rб залежало від напруги у точці А див. рис.(2.2.3.2.1). Одержимо що з незначному зменшенні (збільшенні) струму колектора значно зросте (зменшиться) струм бази. І великого Rк можна поставити менше якою падало порядку 1 В [3] див. рис.(2.2.3.3.1). Статичний коефіцієнт передачі по току другого транзистора ((=50; Rк=[pic]=[pic]=15,15 (Ом); Eп=Uкэ0+URк=5+1=6 (У); Напруга з урахуванням другого транзистора дорівнюватиме: UБ2=Uкэ0−0,7=5−0,7=4,3 (У); Струм колектора другого транзистора дорівнюватиме: Iк2=Iд1=0,012 (А); Iд2=10(Iб2=10([pic]=[pic]=0.0024 (A), де Iд2, Iб2-токи базового дільника та фінансової бази другого транзистора відповідно. R3=[pic]=[pic]=708,3 (Ом); R1=[pic]=[pic]=1,792 (кОм); Напруга у робітничій точці другого транзистора дорівнюватиме [pic]; R2=[pic]=[pic]=1500 (Ом). Малюнок 2.2.3.3.1- Активна колекторна термостабилизация.

Ця схема вимагає значну кількість додаткових елементів, зокрема і політично активних. Якщо Сф втратить свої властивості, то каскад самовозбудится і буде посилювати, а генерувати, тобто. такий варіант не бажаний, оскільки параметри підсилювача повинні якнайменше залежати через зміну параметрів його елементів, за завданням. Базуючись на проведённом вище аналізі схем термостабилизации виберемо эмитерную.

2.3 Розрахунок усилителя.

Оскільки ми будемо використовувати перекрёстные зворотні [1],[3], то все відповідні елементи схеми будуть однакові, тобто. щодо справи розрахунок всього підсилювача зводиться до розрахунком двох каскадів рис.(2.3.1). Перевагою даної схеми і те, що з виконанні умови [pic] схема виявляється согласван-ной по входу і з КСВН трохи більше 1,3 в діапазоні частот, де виконується умова [pic](0,7. Тому відсутня взаємовпливи каскадів друг на друга за її каскадировании Кількість каскадів залежатиме від необхідного Кu і шпальти пропускання, які можна з’ясувати, як: Кu (общ)=[pic], где.

(2.3.1) К0-коэффициент посилення двох каскадів, n-число каскадів. К=[pic].

(2.3.2) [pic], где.

(2.3.3) fв-верхняя гранична частота підсилювача на n каскадах. Виберемо К=0.2, і произведём розрахунок підсилювача двома каскадах див. рис.(2.3.1). К0=[pic]=18.7; b1=[pic]=6.18; b2=[pic]=14.9 За формулою (2.3.2) R «э=10 (Ом), тоді R «» э=Rэ-R «э=60.61−10=50.61 (Ом). Повне узгодження по входу і забезпечується і під час умови [pic], звідси RОС=250 Ом. [pic], де (2.3.4) fв-верхняя гранична частота підсилювача двома каскадах, [pic]=0,145 (нс), Сэ, rэ-ёмкость й відвертий спротив эмитера розраховані за схемою Джиаколетто. [pic]; [pic], де Yв-искажения у сфері верхніх частот внесені одним каскадом, fв-верхняя гранична частота за завданням. [pic] (нс); [pic]; [pic]; [pic] (МГц); Кu (общ)=[pic], Кu (общ)=[pic] (раз);

Рисунок 2.3.1-Схема магістрального підсилювач двома каскадах.

Як очевидно з розрахунку маємо запас по смузі пропускання, але з достатній коефіцієнт посилення. Тому візьмемо три каскаду див. рис.(2.3.2), тоді з формулам (2.3.1) і (2.3.4) відповідно одержимо: Кu (общ)=[pic] (раз), що він відповідає 39,4 dB; [pic], [pic] (МГц);

Рисунок 2.3.2- Магістральний підсилювач у трьох каскадах.

2.4 Розрахунок ёмкостей і дросселей.

Проведений нижче розрахунок грунтується на [2]. [pic]-нижняя гранична частота за завданням. [pic][pic][pic] (пФ); [pic][pic][pic] (мкГн);

На нижніх частотах нерівномірність АЧХ обумовлена ёмкостями Порівн і Се, тому нехай 1,5 dB вносять Порівн і стільки ж Се. [pic], где.

(2.4.1) R1 і R2 опору відповідно зліва і від Порівн Yн допустимі спотворення внесені однієї ёмкостью. [pic] (dB), [pic] (раз), для Ср1 і [pic] (раз), для Се. R1=Rвых (каскада), R2=Rвх (каскада)=Rн=50 (Ом), для Ср1 (межкаскадной), R1=Rг=Rвых (3-го каскада)=50 (Ом), R2=Rвх (каскада)=Rн=50 (Ом), для Ср2, [pic], [pic], [pic], де [pic]-параметры елементів схеми Джиаколетто, S0-крутизна транзистора. [pic], [pic] (Ом), За формулою (2.4.1) розрахуємо Порівн. [pic] (пФ), [pic] (пФ), [pic], [pic], [pic] (нс), [pic] (нФ).

| | | | | | | | | | |[pic] | | | | | | | | | | | | | |РТФ КП 468 730.001 ПЗ | | | | | | | | | | | | | |ПІДСИЛЮВАЧ |Літ |Маса |Масшта| | | | | | | | | |б | |Из|Лис|Nдокум. |Подп.|Дат|КАБЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ЗВ’ЯЗКУ | | | | | | | |т | | |а | | | | | | | |Выполн|Булдыгин | | | СХЕМА ЕЛЕКТРИЧНА | | | | | | |мул | | | |ПРИНЦИПОВА | | | | | | |Провер|Титов | | | ПРИНЦИПОВА | | | | | | |мул | | | | | | | | | | | | | | | |Ліст |Листов | | | | | | |ТУСУР РТФ | | | | | | |Кафедра РЗИ | | | | | | |грн. 148−3 |.

|Позиция|Наименование |Кол|Примечание | | | | | | |Обозн. | | | | | |Конденсатори ОЖ0.460.203 ТУ | | | |С1,С9 |КД-2−130 пФ (5% |2 | | |С2,С5 |КД-2−49 пФ (5% |2 | | |С4,С7 |КД-2−1 нФ (5 |3 | | |С10 | | | | |С3,С6 |КД-2−39 пФ (5% |3 | | |С8 | | | | | | | | | | |Котушки індуктивності | | | |L1.L2 |Индуктивность 10 мкГн (10% |3 | | |L3 | | | | | | | | | | |Резисторы ГОСТ 7113–77 | | | |R1,R5 |МЛТ-0,125−430 Ом (10% |3 | | |R10 | | | | |R2,R7 |МЛТ-0,125−390 Ом (10% |3 | | |R12 | | | | |R3,R8 |МЛТ-0,5−10 Ом (10% |3 | | |R14 | | | | |R4,R9 |МЛТ-0,5−51 Ом (10% |3 | | |R15 | | | | |R6, |МЛТ-0,25−240 Ом (10% |3 | | |R11, | | | | |R13 | | | | | | | | | | |Транзистори | | | | VT1, |2Т996А |3 | | |VT2, | | | | |VT3 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |РТФ КП 468 730.001 ПЗ | | | | | | | | | | | | | | |Літ |Маса |Масштаб | |Из|Лис|Nдокум. |Подп.|Дат|УСИЛИТЕЛЬ | | | | | | | |т | | |а | | | | | | | |Выполн|Булдыгин | | |КАБЕЛЬНИХ СИСТЕМ ЗВ’ЯЗКУ | | | | | | |мул | | | | | | | | | | |Провер|Титов | | | | | | | | | |мул | | | | | | | | | | | | | | | |Ліст |Листов | | | | | | |ТУСУР РТФ | | | | | |Перелік елементів |Кафедра РЗИ | | | | | | |грн. 148−3 |.

3 Заключение.

У цьому курсовому проекті розроблений підсилювач кабельних систем в зв’язку зі використанням транзисторів КТ996А і перехресних зворотного зв’язку, має такі технічні характеристики: смуга робочих частот (40−240) МГц; коефіцієнт посилення 39 дБ; нерівномірність амплитудно-частотной характеристики + 1,5 дБ; максимальне значення вихідного напруги 2 У; опір генератора і навантаження 50 Ом; напруга харчування 9 В.

1. Титов А. А. Спрощений розрахунок широкосмугового усилителя.//Радиотехника. 1979. № 6.

2. Мамонкин І.П. Підсилювальні устрою: Навчальний посібник для вузов.-М.: Зв’язок, 1977.

3. Титов А. А. Розрахунок коригувальних ланцюгів широкосмугових підсилювачных каскадів на біполярних транзисторах internet.

4. А. А. Титов, Л. И. Бабак, М. В. Черкашин. Розрахунок межкаскадной согласующей ланцюга транзисторного полосового підсилювача мощности.//Электронная техніка. Сер. СВЧ-техника. Вып.

1(475), 2000.

5. Напівпровідникові прилади. Транзистори середньої та великої потужності: Довідник/ А. А. Зайцев, А.І. Миркин, В. В. Мокряков та інших. Під редакцією А. В. Голомедова.-М.: Радіо і Зв’язок, 1989.;

640с.: ил.

———————————- [pic].