Усилитель кабельних систем связи

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 із наперед заданими вимогами. Отриманий підсилювач можна використовувати як компенсація 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 устройства».

студент грн. 148−3 Булдыгин А.Н.

Тема проекту: Підсилювач кабельних систем связи.

Вихідні дані для проектування аналогового устройства.

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 В.

6. Характер й розмір навантаження 50 Ом.

7. Умови експлуатації (+10 +60)?С.

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 негативним 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 ми 30 dB, звідси одержимо, що наша підсилювач матиме принаймні 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 (В).

Iвых===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).

Малюнок 2.2.1.1-Схема реостатного Малюнок 2.2.1.2- Нагрузочные прямые.

каскаду по перемінному току.

Iвых===0,12 (А).

Uкэ0=Uвых+Uост, де (2.2.1).

Uкэ0-напряжение робочої точки чи постійна напруга на переході колектор эмитер. Uвых-напряжение не вдома усилителя.

Uост-остаточное напруга на транзисторе.

Iк0=Iвых+0,1Iвых, де (2.2.2).

Iк0-постоянная складова струму коллектора.

Iвых-ток не вдома усилителя.

Uкэ0=5 (В).

Iк0=0,132 (А).

Вихідна потужність підсилювача равна:

Pвых===0,09 (Вт).

Напруга джерела харчування равно:

Eп=Uкэ0+URк=Uкэ0+ Iк0? Rк=11,6 (В).

Потужність рассеиваемая на колекторі транзистора:

Pрасс=Uкэ0?Iк0=0,66 (Вт).

Потужність споживана джерела питания:

Рпотр= Eп? Iк0=1,5312 (Вт).

Iвых= ==0,06 (А).

Дроссельный каскад рис (2.2.1.3).

Малюнок 2.2.1.3-Схема дроссельного Малюнок 2.2.1.4- Нагрузочные прямые.

каскаду по перемінному току.

По формулам (2.2.1) і (2.2.2) розрахуємо робочу точку.

Uкэ0=5 (В).

Iк0=0,066 (А).

Pвых===0,09 (Вт).

Eп=Uкэ0=5 (У).

Рк расс=Uкэ0?Iк0=0,33 (Вт).

Рпотр= Eп? Iк0=0,33 (Вт).

Таблиця 2.2.1.1- Характеристики варіантів схем коллекторной цепи.

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 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 ниже:

?с=4,6 псстала ланцюга зворотної связи,.

Ск=1,6 пФёмкость колектора при Uкэ=10 В,.

?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 коллектора,.

Рк расс (доп)=2,5 Вт-допустимая потужність рассеиваемая на колекторі транзистора, fт=5000 МГцзначення граничной частоти транзистора коли він =1,.

Lб=1 нГн, Lэ=0,183 нГніндуктивності базовий і эмитерного висновків соответственно.

.

2.2.2.1Расчёт параметрів схеми Джиаколетто.

Малюнок 2.2.2.1.1- Еквівалентна схема биполярного.

транзистора (схема Джиаколетто).

Розрахунок грунтується на [2].

Ск (треб)=Ск (пасп)*=1,6?=2,26 (пФ), где.

Ск (треб)-ёмкость коллекторного переходу при заданому Uкэ0,.

Ск (пасп)-справочное значення ёмкости колектора при Uкэ (пасп).

rб= =2,875 (Ом); gб==0,347 (Cм), где.

rб-сопротивление базы,.

— довідкове значення постійної ланцюга зворотної связи.

rэ= ==0,763 (Ом), где.

Iк0 в мА,.

rэ-сопротивление эмитера.

gбэ===0,023, где.

gбэ-проводимость база-эмитер,.

— довідкове значення статичного коефіцієнта передачі струму у схемі із загальним эмитером.

Cэ===41,7 (пФ), где.

Cэ-ёмкость эмитера,.

fт-справочное значення граничной частоти транзистора коли він =1.

Ri= =100 (Ом), где.

Ri-выходное опір транзистора,.

Uкэ0(доп), Iк0(доп)-соответственно паспортні значення припустимого напруги на колекторі і голову постійної складової струму коллектора.

gi=0.01(См).

2.2.2.2Расчёт односпрямованої моделі транзистора.

Ця модель застосовується у сфері високих частот [4].

Малюнок 2.2.2.2.1- Односпрямована модель транзистора.

Lвх= Lб+Lэ=1+0,183=1,183 (нГн), где.

Lб, Lэ-справочные значення индуктивностей базовий і эмитерного висновків соответственно,.

Lвх-индуктивность входу транзистора.

Rвх=rб=2,875 (Ом), где.

Rвх-входное опір транзистора.

Rвых=Ri=100 (Ом), где.

Rвых-выходное опір транзистора.

Свых=Ск (треб)=2,26 (пФ), где.

Свых-выходная ёмкость транзистора.

fmax=fт=5 (ГГц), где.

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.

Малюнок 2.2.3.1.1-Схема каскаду з эмитерной термостабилизацией.

Розрахуємо параметри елементів даної схемы.

Візьмемо напруга на эмиттере рівним Uэ=4 (В);

Eп=Uкэ0+Uэ=9 (В);

Опір у подальшому ланцюгу эмитера буде равно:

Rэ= ==66 (Ом);

Rб1=, Iд=10?Iб, Iб=, Iд=10? =10?=0,012 (А), где.

Rб1-сопротивление базового делителя,.

Iд-ток базового делителя,.

Iб-ток базы.

Rб1==416,7 (Ом);

Rб2= =391,6 (Ом).

Поруч із эмитерной термостабилизацией використовуються пасивна й активна колекторна термостабилизации.

2.2.3.2 Пасивна коллекторная:

Малюнок 2.2.3.2.1- Схема пасивної коллекторной термостабилизации.

З використанням [3].

Rк=50 (Ом);

URк=Iк0?Rк=3,3 (У), где.

URк-падение напруги на Rк.

Eп=Uкэ0+URк=8,3 (В);

Iд=0,012 (А);

Rб= =360 (Ом).

Струм бази визначається Rб. При збільшенні струму колектора напруження у точці А падає, і отже зменшується струм бази, але це не дає збільшуватися далі току колектора. Та й щоб став змінюватися струм бази, напруження 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 де міг би падало порядку 1 В [3] див. рис.(2.2.3.3.1).

Статичний коефіцієнт передачі по току другого транзистора ??=50;

Rк===15,15 (Ом);

Eп=Uкэ0+URк=5+1=6 (В);

Напруга з урахуванням другого транзистора буде равно:

UБ2=Uкэ0−0,7=5−0,7=4,3 (В);

Струм колектора другого транзистора буде равен:

Iк2=Iд1=0,012 (А);

Iд2=10?Iб2=10?==0.0024 (A), где.

Iд2,Iб2-токи базового дільника та фінансової бази другого транзистора соответственно.

R3===708,3 (Ом);

R1===1,792 (кОм);

Напруга у робітничій точці другого транзистора дорівнюватиме ;

R2===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], усі 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 схема виявляється согласван-ной по входу і з КСВН трохи більше 1,3 буде в діапазоні частот, де виконується умова ?0,7. Тому відсутня взаємовпливи каскадів друг на друга за її каскадировании Кількість каскадів залежатиме від необхідного Кu і шпальти пропускання, які можна визначити как:

Кu (общ)=, де (2.3.1).

К0-коэффициент посилення двох каскадов,.

n-число каскадов.

До= (2.3.2), де (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==18.7;

b1==6.18;

b2==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 условия.

звідси RОС=250 Ом.

де (2.3.4).

fв-верхняя гранична частота підсилювача двома каскадах,.

=0,145 (нс),.

Сэ, rэ-ёмкость й відвертий спротив эмитера розраховані за схемою Джиаколетто.

;, где.

Yв-искажения у сфері верхніх частот внесені одним каскадом,.

fв-верхняя гранична частота по заданию.

(нс);

;

;

(МГц); Кu (общ)=, Кu (общ)= (раз);

Малюнок 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 получим:

Кu (общ)= (раз), що він відповідає 39,4 dB;

(МГц);

Малюнок 2.3.2- Магістральний підсилювач у трьох каскадах.

2.4 Розрахунок ёмкостей і дросселей.

Проведений нижче розрахунок грунтується на [2].

— нижня гранична частота по заданию.

(пФ);

(мкГн);

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

де (2.4.1).

R1 і R2 опору відповідно зліва і від Ср

Yн допустимі спотворення внесені однієї ёмкостью.

(dB), (раз), для Ср1 і (раз), для Сэ.

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,.

.

, где.

— параметри елементів схеми Джиаколетто,.

S0-крутизна транзистора.

.

(Ом),.

За формулою (2.4.1) розрахуємо Ср.

(пФ),.

(пФ),.

.

.

(нс),.

(нФ).

РТФ КП 468 730.001 ПЗ.

ПІДСИЛЮВАЧ Літ Маса Масштаб.

З Ліст Nдокум. Подп. Дата КАБЕЛЬНИХ СИСТЕМ ЗВ’ЯЗКУ.

Виконав Булдыгин СХЕМА ЕЛЕКТРИЧНА ПРИНЦИПОВА.

Перевірив Титов ПРИНЦИПОВА.

Ліст Листов.

ТУСУР РТФ.

Кафедра РЗИ.

грн. 148−3.

Позиція Обозн. Найменування Паля Примечание.

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.

L1.L2 L3 Индуктивность 10 мкГн?10% 3.

Резисторы ГОСТ 7113–77.

R1,R5 R10 МЛТ-0,125−430 Ом?10% 3.

R2,R7 R12 МЛТ-0,125−390 Ом?10% 3.

R3,R8 R14 МЛТ-0,5−10 Ом?10% 3.

R4,R9 R15 МЛТ-0,5−51 Ом?10% 3.

R6, R11, R13 МЛТ-0,25−240 Ом?10% 3.

Транзистори.

VT1, VT2, VT3 2Т996А 3.

РТФ КП 468 730.001 ПЗ.

Літ Маса Масштаб.

З Ліст Nдокум. Подп. Дата ПІДСИЛЮВАЧ.

Виконав Булдыгин КАБЕЛЬНИХ СИСТЕМ ЗВ’ЯЗКУ.

Перевірив Титов.

Ліст Листов.

ТУСУР РТФ.

Перелік елементів Кафедра РЗИ.

грн. 148−3.

3 Заключение.

У цьому курсовому проекті розроблений підсилювач кабельних систем зв’язки й з 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 усилитель-ных 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. Вип. 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.