Усилитель кабельных систем связи
Министерство образования Российской Федерации
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)
УСИЛИТЕЛЬ КАБЕЛЬНЫХ
СИСТЕМ СВЯЗИ
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине
Схемотехника и АЭУ
Студент гр. 148-3
__________Булдыгин А.Н.
24.04.2001
Руководитель
Доцент кафедры РЗИ
_____________Титов А.А.
_____________
Реферат
Курсовой проект 19 с., 11 рис., 1 табл.
КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ (Кu), АМПЛИТУДНОЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (АЧХ), ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ЁМКОСТИ, ДРОССЕЛИ, ПЕРЕКРЁСТНЫЕ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ.
Объектом проектирования является усилитель кабельных систем связи.
Цель работы – приобретение навыков аналитического расчёта усилителя по заданным к нему требованиям.
В процессе работы производился аналитический расчёт усилителя и вариантов его исполнения, при этом был произведён анализ различных схем термостабилизации, рассчитаны эквивалентные модели транзистора, рассмотрены варианты коллекторной цепи транзистора.
В результате расчета был разработан магистральный усилитель с заданными требованиями. Полученный усилитель может быть использован для компенсации потерь мощности, устанавливаемый между многокилометровыми отрезками кабелей.
Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0.
Рисунки выполнены в графическом редакторе Actrix Technical.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
на курсовое проектирование по курсу “Аналоговые электронные устройства”
студент гр. 148-3 Булдыгин А.Н.
Тема проекта: Усилитель кабельных систем связи.
Исходные данные для проектирования аналогового устройства.
1. Диапазон частот от 40 МГц до 230 МГц.
2. Допустимые частотные искажения Мн 3 dB, МВ 3 dB.
3. Коэффициент усиления 30 dB.
4. Сопротивление источника сигнала 50 Ом.
5. Амплитуда напряжения на выходе 2 В.
6. Характер и величина нагрузки 50 Ом.
7. Условия эксплуатации (+10 +60)ºС.
8. Дополнительные требования: согласование усилителя по входу и выходу.
Содержание
1 Введение ------------------------------------------ ----------------------------- 5
2 Основная часть ---------------------------------------------------------------- 6
2.1 Анализ исходных данных -------------------------------------------------- 6
2.2 Расчёт оконечного каскада ----------------------------------------------- 6
2.2.1 Расчёт рабочей точки ---------------------------------------------------- 6
2.2.2 Выбор транзистора и расчёт эквивалентных схем замещения---- 8
2.2.2.1 Расчёт параметров схемы Джиаколетто -------------------------- 8
2.2.2.2 Расчёт однонаправленной модели транзистора ------------------ 9
2.2.3 Расчёт и выбор схемы термостабилизации -------------------------- 9
2.2.3.1 Эмитерная термостабилизация -------------------------------------- 9
2.2.3.2 Пассивная коллекторная ---------------------------------------------- 11
2.2.3.3 Активная коллекторная ----------------------------------------------- 11
2.3 Расчёт усилителя ----------------------------------------------------------- 12
2.4 Расчёт ёмкостей и дросселей --------------------------------------------- 15
Схема электрическая принципиальная ------------------------------------- 16
Спецификация ------------------------------------------------------------------- 17
3 Заключение -------------------------------------------------------------------- 18
4 Список используемой литературы ----------------------------------------- 19
1 Введение
Цель работы – приобретение навыков аналитического расчёта магистрального усилителя по заданным к нему требованиям.
Кабельные системы связи являются одной из важных составляющих глобальных и локальных мировых систем телекоммуникаций. Для компенсации потерь мощности сигнала, в таких системах, используются широкополосные усилители, устанавливаемые между многокилометровыми отрезками кабелей.
Указанные усилители относятся к необслуживаемым устройствам и должны обладать следующими достоинствами: хорошее согласование по входу и выходу, исключающее возможность переотражения сигналов в кабельных сетях; неизменность параметров усилителя во времени, в диапазоне температур, и при старении активных элементов схемы; хорошая повторяемость характеристик усилителей при их производстве, без необходимости подстройки;
Всеми перечисленными выше свойствами обладают усилители с отрицательными перекрестными обратными связями [1], что достигается благодаря совместному использованию последовательной местной и общей параллельной обратной связи по току в промежуточных каскадах и параллельной обратной связи по напряжению в выходном каскаде.
2 Основная часть
2.1 Анализ исходных данных
Средне статистический транзистор даёт усиление в 20 dB, по заданию у нас 30 dB, отсюда получим, что наш усилитель будет иметь как минимум 2 каскада. Реализуем усилитель на 2-х активных элементах. Уровень допустимых искажений АЧХ, по заданию, 3 dB, тогда на каждый каскад приходится по 1,5 dB.
Вследствие того, что у нас будут перекрёстные обратные связи рис.(2.3.1), которые нам дадут хорошее согласование по входу и выходу, в них будет теряться 1/3 выходного напряжения, то возьмём Uвых в 1,5 раза больше заданного, т.е. 3В.
2.2 Расчёт оконечного каскада
2.2.1 Расчёт рабочей точки
По заданному напряжению на выходе усилителя рассчитаем напряжение коллектор эмитер и ток коллектора (рабочую точку) [2].
Uвых=1,5Uвых(заданного)=3 (В)
Iвых===0,06 (А)
Рассмотрим два варианта реализации схемы питания транзисторного усилителя [2]: первая схема реостатный каскад, вторая 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 Рисунок 2.2.1.2- Нагрузочные прямые.
каскада по переменному току.
Iвых===0,12 (А)
Uкэ0=Uвых+Uост, где (2.2.1)
Uкэ0-напряжение рабочей точки или постоянное напряжение на переходе коллектор эмитер. Uвых-напряжение на выходе усилителя.
Uост-остаточное напряжение на транзисторе.
Iк0=Iвых+0,1Iвых, где (2.2.2)
Iк0-постоянная составляющая тока коллектора.
Iвых-ток на выходе усилителя.
Uкэ0=5 (В)
Iк0=0,132 (А)
Выходная мощность усилителя равна:
Pвых===0,09 (Вт)
Напряжение источника питания равно:
Eп=Uкэ0+URк=Uкэ0+ Iк0×Rк=11,6 (В)
Мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора:
Pрасс=Uкэ0×Iк0=0,66 (Вт)
Мощность потребляемая от источника питания:
Рпотр= Eп×Iк0=1,5312 (Вт)
Iвых= ==0,06 (А)
Дроссельный каскад рис(2.2.1.3).
Рисунок 2.2.1.3-Схема дроссельного Рисунок 2.2.1.4- Нагрузочные прямые.
каскада по переменному току.
По формулам (2.2.1) и (2.2.2) рассчитаем рабочую точку.
Uкэ0=5 (В)
Iк0=0,066 (А)
Pвых===0,09 (Вт)
Eп=Uкэ0=5 (В)
Рк расс=Uкэ0×Iк0=0,33 (Вт)
Рпотр= Eп×Iк0=0,33 (Вт)
Таблица 2.2.1.1- Характеристики вариантов схем коллекторной цепи.
|
|
Еп,(В) |
Ррасс,(Вт) |
Рпотр,(Вт) |
Iк0,(А) |
|
С Rк |
11,6 |
0,66 |
1,5312 |
0,132 |
|
С Lк |
5 |
0,33 |
0,33 |
0,066 |
Из рассмотренных вариантов схем питания усилителя видно, что целесообразнее использовать дроссельный каскад.
2.2.2 Выбор транзистора и расчёт эквивалентных схем замещения.
На основании следующих неравенств: Uкэ0(допустимое)>Uкэ0*1,2; Iк0(доп)>Iк0*1.2; Рк расс> Рк расс(доп)*1,2; fт>(3¸10)*fв>2300 МГц выберем транзистор, которым будет являться 2Т996А [5]. Его параметры необходимые при расчете приведены ниже:
tс=4,6 пс- постоянная цепи обратной связи,
Ск=1,6 пФ- ёмкость коллектора при Uкэ=10 В,
b0=55- статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмитером,
Uкэ0(доп)=20 В, Iк0(доп)=200 мА- соответственно паспортные значения допустимого напряжения на коллекторе и постоянной составляющей тока коллектора,
Рк расс(доп)=2,5 Вт-допустимая мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора, fт=5000 МГц- значение граничной частоты транзистора при которой =1,
Lб=1 нГн, Lэ=0,183 нГн- индуктивности базового и эмитерного выводов соответственно.
.
2.2.2.1Расчёт параметров схемы Джиаколетто.
