Усилитель кабельных систем связи

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 М н 3 dB, М В 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) С. 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 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 U вых 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] . U вых =1,5 U вых(заданного) =3 (В) I вых = = Рассмотрим два варианта реализации схемы питания транзисторного усилителя [2]: первая схема реостатный каскад, вторая схема дроссельный каскад.

Реостатный каскад:

Эмитерная термостабилизация широко используется в маломощных каскадах, так как потери мощности в ней при этом не значительны и её простота исполнения вполне их компенсирует, а также она хорошо стабилизирует ток коллектора в широком диапазоне температур при напряжении на эмиттере более 3В [3

Рассчитаем параметры элементов данной схемы. Возьмём напряжение на эмиттере равным U э =4 (В) ; E п = U кэ0 +U э =9 (В) ; Сопротивление в цепи эмитера будет равно: R э = = R б1 = I д =10 I б , I б = I д =10 =10 , где R б1 -сопротивление базового делителя, I д -ток базового делителя, I б -ток базы. R б1 = ; R б2 = =391,6 (Ом). Наряду с эмитерной термостабилизацией используются пассивная и активная коллекторная термостабилизации.

Данная схема требует значительное количество дополнительных элементов, в том числе и активных. Если С ф утратит свои свойства, то каскад самовозбудится и будет не усиливать, а генерировать, т.е. данный вариант не желателен, поскольку параметры усилителя должны как можно меньше зависеть от изменения параметров его элементов, по заданию.

Основываясь на проведённом выше анализе схем термостабилизации выберем эмитерную. 2.3 Расчёт усилителя.

Поскольку мы будем использовать перекрёстные обратные [1] , [3] , то все соответствующие элементы схемы будут одинаковы, т.е. по сути дела расчёт всего усилителя сводится к расчёту двух каскадов рис.(2.3.1). Достоинством данной схемы является то, что при выполнении условия схема оказывается согласван-ной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 в диапазоне частот, где выполняется условие ³ 0,7. Поэтому практически отсутствует взаимное влияние каскадов друг на друга при их каскадировании Количество каскадов будет зависеть от требуемого К u и полосы пропускания, которые можно определить как : К u( общ) = , где (2.3.1) К 0 -коэффициент усиления двух каскадов, n -число каскадов. К= (2.3.2) (2.3.3) f в -верхняя граничная частота усилителя на n каскадах.

Выберем К=0.2, и произведём расчёт усилителя на двух каскадах см. рис.(2.3.1). К 0 = b 1 = b 2 = По формуле (2.3.2) R' э =10 (Ом), тогда R'' э = R э - R' э =60.61-10=50.61 (Ом). Полное согласование по входу и выходу обеспечивается при выполнении условия ОС =250 Ом. (2.3.4) f в -верхняя граничная частота усилителя на двух каскадах, С э ,r э -ёмкость и сопротивление эмитера рассчитанные по схеме Джиаколетто. , где Y в -искажения в области верхних частот вносимые одним каскадом, f в -верхняя граничная частота по заданию. ( нс) ; ; (МГц) ; К u( общ) = , К u( общ) = (раз) ; Рисунок 2.3.1-Схема магистрального усилитель на двух каскадах. Как видно из расчёта мы имеем запас по полосе пропускания, но не достаточный коэффициент усиления.

Поэтому возьмём три каскада см. рис.(2.3.2), тогда по формулам (2.3.1) и (2.3.4) соответственно получим : К u( общ) = (раз) , что соответствует 39,4 dB; (МГц); Рисунок 2.3.2- Магистральный усилитель на трёх каскадах. 2.4 Расчёт ёмкостей и дросселей.