Усилитель радиолинейной линии связи
Министерство образования Российской Федерации
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)
УСИЛИТЕЛЬ РАДИОРЕЛЕЙНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине
Схемотехника АЭУ
Студент гр. 148-3
__________Валтеев В.В.
4.05.2001г.
Руководитель
Доцент кафедры РЗИ
___________Титов А.А.
_____________
Реферат
Курсовой проект 18 с., 11 рис., 1 табл.
КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ (Кu), АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (АЧХ), ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ЁМКОСТИ, ДРОССЕЛИ, ПЕРЕКРЁСТНЫЕ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ, ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ (ООС), ОБЩИЙ ЭМИТТЕР (ОЭ).
Объектом проектирования является усилитель радиорелейных линий связи.
Цель работы – научиться проектировать широкополосный усилитель по заданным требованиям к нему.
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 усилитель с заданными требованиями.
Полученный усилитель может быть использован для компенсации потерь мощности в радиорелейных линиях связи.
Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0 (представлена на дискете).
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
на курсовое проектирование по курсу “Аналоговые электронные устройства”
студент гр. 148-3 Валтеев В.В.
Тема проекта: Усилитель радиорелейных линий связи.
Исходные данные для проектирования аналогового устройства.
1. Диапазон частот от 40 МГц до 450 МГц.
2. Допустимые частотные искажения Мн 3 dB, МВ 3 dB.
3. Коэффициент усиления 15 dB.
4. Сопротивление источника сигнала 50 Ом.
5. Амплитуда напряжения на выходе 0.5 В.
6. Характер и величина нагрузки 50 Ом.
7. Условия эксплуатации (+5 +40)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 Расчёт эквивалентных схем замещения транзистора ------------- 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 --------------------------10
2.2.3.1 Эмитерная термостабилизация -------------------------------------- 10
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 --------------------------------------------- 14
Схема электрическая принципиальная ------------------------------------- 15
Спецификация ------------------------------------------------------------------- 16
3 Заключение -------------------------------------------------------------------- 17
Список использованных источников----------------------------------------- 18
1 Введение
Цель работы – научиться проектировать усилители, в данном случае – усилители радиорелейных линий связи, по заданным требованиям.
Во всём мире используется много разных систем связей, и одни из них – радиорелейные. Эти системы связи представляют из себя радиовышки, которые расположены на расстоянии прямой видимости. Радиорелейные линии связи относятся к широкополосным системам телекоммуникаций и содержат в своем составе маломощные широкополосные усилители (МШУ). МШУ стоят между приемной антенной и блоком обработки сигналов и обеспечивают заданный уровень сигнала на входе блока обработки. Но все системы связи имеют потери, и в нашем случае не исключение, поэтому разрабатываются усилители для того, чтобы скомпенсировать эти потери.
Так как радиовышки раскинуты по большим территориям, то возникает проблема обслуживания усилителей (ремонт, реставрация, и т.д.), поэтому такие усилители должны обладать следующими достоинствами: малая неравномерность амплитудно-частотной характеристики; хорошее согласование по входу и выходу; стабильность параметров усилителя во времени и при изменении температуры окружающей среды.
Все перечисленные выше достоинства можно реализовать в усилителе с перекрёстными обратными связями [1,2]. Такие усилители не требуют настройки, имеют стабильные параметры и сохраняют неизменной полосу пропускания при наращивании числа каскадов.
2 Основная часть
2.1 Анализ исходных данных
Для обеспечения заданного коэффициента усиления 15 dB нам потребуется 4 каскада, тогда на каждый каскад будет приходиться примерно по 4 dB. Вследствие того, что у нас будут перекрёстные обратные связи, которые нам дадут хорошее согласование по входу и выходу, в них будет теряться ориентировочно около одной трети выходного напряжения, то возьмём Uвых в 2 раза больше заданного, т.е. 1В.
2.2 Расчёт оконечного каскада
2.2.1 Расчёт рабочей точки
На основании выше изложенного, вычислим напряжение на нагрузке и выходной ток:
Uвых=2Uвых(заданного)=2·0.5=1 (В);
Iвых===0,02 (А).
Рассчитаем рабочую точку для резистивного и дроссельного каскадов:
а) резистивный каскад:
Рисунок 2.2.1.1- Резистивный каскад Рисунок 2.2.1.2- Нагрузочные
по переменному току. прямые
Рассчёт рабочей точки заключается в нахождении тока коллектора Iк0 и напряжения коллектор-эмитер Uкэ0. Для нахождения Iк0 необходимо рассчитать переменную составляющую тока коллектора Iк», а для Uкэ0 – выходное напряжение Uвых и остаточное напряжение транзистора Uост, которое мы примем равным 2В, при условии Rн.=Rк:
Iк»===0,04 (А);
Uкэ0=Uвых+Uост , (2.2.1)
где Uвых выходное напряжение,
Uост остаточное напряжение транзистора;
Iк0= Iк»+0,1 Iк», (2.2.2)
где Iк» ток коллектора по переменному току;
Uкэ0=3 (В);
Iк0=0,044 (А);
Pвых===0,01 (Вт) – выходная мощность, Rн – сопротивление нагрузки;
Eп=Uкэ0+URк=Uкэ0+ Iк0×Rк=5,2 (В) – напряжение питания,
где URк напряжение на Rк, равное Iк0×Rк..
Pрасс=Uкэ0×Iк0=0,132 (Вт) – мощность, рассеиваемая на транзисторе;
Рпотр= Eп×Iк0=0,2288 (Вт) – мощность, потребляемая каскадом;
б) дроссельный каскад:
Рисунок 2.2.1.3- Дроссельный каскад Рисунок 2.2.1.4- Нагрузочные прямые.
по переменному току.
Iвых= ==0,02 (А) – выходной ток;
По формулам (2.2.1) и (2.2.2) рассчитаем рабочую точку.
Uкэ0=3 (В)
Iк0=0,022 (А)
Pвых===0,01 (Вт) - выходная мощность;
Eп=Uкэ0=3 (В) - напряжение питания;
Рк расс=Uкэ0×Iк0=0,066 (Вт) - мощность, рассеиваемая на коллекторе;
Рпотр= Eп×Iк0=0,066 (Вт) – мощность, потребляемая каскадом;
Таблица 2.2.1.1- Характеристики вариантов схем коллекторной цепи.
|
|
Еп,(В) |
Ррасс,(Вт) |
Рпотр,(Вт) |
Iк0,(А) |
|
С Rк |
5,2 |
0,132 |
0,2288 |
0,044 |
|
С Lк |
3 |
0,066 |
0,066 |
0,022 |
Как видно из таблицы, лучше использовать каскад с дросселем в цепи коллектора 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 КТ371А. Его параметры [3] необходимые при расчете приведены ниже:
tс=8 пс и Ск=0,7 пФ при Uкэ=10 В, b0=150, Uкэ0(доп)=10 В, Iк0(доп)=30 мА,
Рк расс(доп)=0,1 Вт, fт=4,5 ГГц, Lб=2,5 нГн, Lэ=2,5 нГн.
2.2.2 Выбор транзистора и расчет эквивалентной схемы замещения.
2.2.2.1Расчёт параметров схемы Джиаколетто.
Рисунок 2.2.2.1.1- Эквивалентная схема биполярного
транзистора (схема Джиаколетто).
Проведём расчёт элементов эквивалентной схемы замещения транзистора [4], используя паспортные данные:
