Усилитель радиорелейной линии связи

Усилитель радиорелейной линии связи

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 М н 3 dB, М В 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) 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 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 U вых 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: U вых =2 U вых(заданного) = 2·0.5=1 (В); I вых = = 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 I к0 и напряжения коллектор-эмитер U кэ0. Для нахождения I к0 необходимо рассчитать переменную составляющую тока коллектора I к » , а для U кэ0 – выходное напряжение U вых и остаточное напряжение транзистора Uост, которое мы примем равным 2В, при условии R н .=R к : I к » = U кэ0 = U вых +U ост , (2.2.1) где U вых выходное напряжение, U ост остаточное напряжение транзистора; I к0 = I к » +0,1 I к » , (2.2.2) где I к » ток коллектора по переменному току; U кэ0 =3 (В); I к0 =0,044 (А); P вых = 0,01 (Вт) – выходная мощность, R н – сопротивление нагрузки; E п = U кэ0 + U R к =U кэ0 + I к0 R к =5,2 (В) – напряжение питания, где U R к напряжение на R к, равное I к0 R к. . u^2/2R P расс = U кэ0 I к0 =0,132 (Вт) – мощность, рассеиваемая на транзисторе; Р потр = E п I к0 =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. I вых = = По формулам (2.2.1) и (2.2.2) рассчитаем рабочую точку. U кэ0 =3 (В) I к0 =0,022 (А) P вых = = 0,01 (Вт) - выходная мощность; E п = U кэ0 =3 (В) - напряжение питания ; u^2/2R Р к расс = U кэ0 I к0 =0,066 (Вт) - мощность, рассеиваемая на коллекторе; Р потр = E п I к0 =0,066 (Вт) – мощность, потребляемая каскадом; Таблица 2.2.1.1- Характеристики вариантов схем коллекторной цепи.
Е п ,(В) Р расс ,(Вт) Р потр ,(Вт) I к0 ,(А)
С R к 5,2 0,132 0,2288 0,044
С L к 3 0,066 0,066 0,022
Как видно из таблицы, лучше использовать каскад с дросселем в цепи коллектора На основании следующих неравенств : U кэ0(допустимое) >U кэ0 * 1, 2 ; I к0 ( доп) >I к0 * 1.2; Р к расс > Р к расс(доп)* 1,2 ; f т >(3 10) * f в >2300 МГц выберем транзистор КТ371А. Его параметры [3] необходимые при расчете приведены ниже : t с =8 пс и С к =0,7 пФ при U кэ =10 В, b 0 =150, U кэ0(доп) =10 В, I к0 ( доп) =30 мА, Р к расс(доп) =0,1 Вт, f т =4,5 ГГц, L б =2,5 нГн, L э =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: С к(треб) =С к(пасп)* где Ск – ёмкость коллекторного перехода; r б = ; g б = =0,0875 (C м), где r б и g б сопротивление и проводимость базы соответственно, с – постоянная времени цепи обратной связи; r э = =1,82 (Ом), - сопротивление эмиттера, где I к0 взят в мА ; g бэ = где 0 – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ; C э = , - ёмкость эмиттерного перехода, где f т граничная частота транзистора; R i = Ом), g i =0.003(См), где R i и g i выходные сопротивление и проводимость транзистора соответственно. 2.2.2.2Расчёт однонаправленной модели транзистора.

Данная модель применяется в области высоких частот [5].

Рисунок 2.2.2.2.1- Однонаправленная модель транзистора. L вх = L б +L э =(2,5+2,5)нГн=5 (нГн) – входная индуктивность транзистора, где L б и L э индуктивности базы и эмиттера соответственно; R вх =r б =11,43 (Ом) – входное сопротивление; R в ых =R i =333 (Ом) – выходное сопротивление; С вых =С к(треб) =0,9 (пФ) – выходная ёмкость ; f max =f т =4,5 ( ГГц) – максимальная граничная частота. 2.2.3 Расчёт и выбор схемы термостабилизации. 2.2.3.1 Эмитерная термостабилизация.
Эмитерная термостабилизация [5] 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. Рисунок 2.2.3.1.1- Каскад с эмитерной термостабилизацией.

Рассчитаем параметры элементов данной схемы. U Rэ =(2 5) =3 (В) ; E п = U кэ0 +U R э =3+3=6 (В) ; R э = = R б1 = I д =10 I б , I б = I д =10 =10 где I д ток базового делителя, I б ток базы; R б1 = - элемент базового делителя; R б2 = =2534 (Ом), - элемент базового делителя.

Наряду с эмитерной термостабилизацией используются пассивная и активная коллекторные термостабилизации [5] .

2.2.3.2 Пассивная коллекторная термостабилизация: Рисунок 2.2.3.2.1- Схема пассивной коллекторной термостабилизации. U R к =6 (В); R к = U R к /I к0 =6 /0.022=273 (Ом) ; E п = U кэ0 + U R к =9 (В); I б = =0.022/150=0,146 ( мА), R б = =15,7 (КОм) . Ток базы определяется величиной R б . При увеличении тока коллектора напряжение в точке А падает и следовательно уменьшается ток базы, а значит уменьшает ток коллектора. Но чтобы стал изменяться ток базы, напряжение в точке А должно измениться на 10-20%, то есть R к должно быть очень велико, что применимо только в маломощных каскадах. Но, так как мы будем применять перекрёстные обратные связи, то данная схема нам не подходит. 2.2.3.3 Активная коллекторная термостабилизация. Можно сделать так, чтобы R б зависило от напряжения в точке А см. рис.(2.2.3.2.1). Получим что при незначительном уменьшении (увеличении) тока коллектора значительно увеличится (уменьшится) ток базы. И вместо большого R к можно поставить меньшее на котором бы падало порядка 1В см. рис.(2.2.3.3.1). b 2 =50; U R4 >1 B; U R4 =2 (B); R 4 = E п = U кэ0 + U R4 =5 (В); I б1 = I к0 / 01 =0,022/150=146 ( мкА) ; I б1 = I к0 2 ; U кэ0 2 = U кэ0 1 /2=1,5 (B); I д =10 I б2 =10 R 3 = К Ом); R 1 =
R 2 = = 5450 (Ом) . Рисунок 2.2.3.3.1- Активная коллекторная термостабилизация.

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.

Схема усилительных каскадов по переменному току приведена на рисунке 2.3.1 [1]. Рисунок 2.3.1 - Схема усилительных каскадов с перекрестными ООС При заданном коэффициенте усиления схема с перекрёстными обратными связями обладает большей полосой пропускания, которая практически не сокращается при увеличении числа каскадов, что объясняется комплексным характером обратной связи на высоких частотах [1] . Рассчитаем усилитель на 4-х каскадах. Для того, чтобы схема была согласована по входу и по выходу, требуется соблюдение условия: (2.3.1) При выполнении условия (2.3.1) и при пренебрежении величинами второго порядка малости, коэффициент усиления двухтранзисторного варианта усилителя изображенного на рисунке 2.3.1 описывается выражением (2.3.2) где (2.3.3) (2.3.4) ; (2.3.5) (2.3.6) Выберем К=0.5 и произведём расчет К 0 = b 1 = b 2 = двухтранзисторного варианта усилителя равна (2.3.7) где ; (2.3.8) (2.3.9) М н = 3 dB – допустимые частотные искажения. По формуле (2.3.7) с помощью формул(2.3.8-2.3.9) произведём расчет ; =713 (МГц) ; При увеличении числа каскадов усилителя, его практически не меняется и может быть рассчитана по эмпирической зависимости (2.3.10) где n - общее число каскадов; - верхняя частота полосы пропускания двухтранзисторного варианта усилителя, рассчитываемая по формуле (2.3.7). (МГц). Подключение дополнительных каскадов усиления к двухтранзисторному варианту усилителя приводит к возрастанию усиления в раз, где n - общее число каскадов, и общий коэффициент усиления, в этом случае, равен: . К u( общ)= (раз), что соответствует 18,6 dB; Из формулы (2.3.6) вычислим R ос, потом выразим R э, оно будет являться сопротивлением ООС и назовём его : (Ом); (Ом);
Рисунок 2.3.2- Радиорелейный усилитель на четырёх каскадах. 2.4 Расчёт ёмкостей и дросселей.

 

Категории

Технология

История экономических учений

Менеджмент (Теория управления и организации)

Философия

Химия

Административное право

Международные экономические и валютно-кредитные отношения

Математика

Бухгалтерский учет

Микроэкономика, экономика предприятия, предпринимательство

Радиоэлектроника

Физика

Теория систем управления

Маркетинг, товароведение, реклама

Банковское дело и кредитование

Право

Политология, Политистория

Охрана природы, Экология, Природопользование

Педагогика

Психология, Общение, Человек

Медицина

Ветеринария

Теория государства и права

Физкультура и Спорт

Сельское хозяйство

Уголовное право

Техника

Программирование, Базы данных

Программное обеспечение

Биология

Уголовное и уголовно-исполнительное право

Архитектура

История

Здоровье

Религия

Социология

Материаловедение

Криминалистика и криминология

Государственное регулирование, Таможня, Налоги

Экономическая теория, политэкономия, макроэкономика

Металлургия

Биржевое дело

Компьютерные сети

Уголовный процесс

Римское право

География, Экономическая география

Разное

Ценные бумаги

История государства и права зарубежных стран

Литература, Лингвистика

Историческая личность

Военная кафедра

История отечественного государства и права

Транспорт

Авиация

Астрономия

Космонавтика

Гражданская оборона

Подобные работы

Антенный усилитель с подъёмом АЧХ

echo "Наиболее эффективным представляется использование в данном случае межкаскадных корректирующих цепей 4-го порядка. Такая цепь позволяет делать коэффициент усиления с подъёмом до 6 дБ в полосе час

Усилитель модулятора лазерного излучения

echo "Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0. Содержание 1.Введение..........................................................................................3 2.Техни

Передающее устройство одноволоконной оптической сети

echo "Линейные тракты волоконнооптических систем передачи строятся как двухволоконные однополосные одно кабельные, одноволоконные одно полосные однокабельные, одноволоконные многополосные одно кабельн

Усилитель корректор

echo "Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0, (представлена на дискете). Техническое задание Тема проэкта: широкополосный усилитель-корректор 1 . Диапазон частот от 20МГц д

Проектирование усилителя мощности на основе ОУ

echo "Оптимизация выбора составных компонентов состоит в том, что при проектировании усилителя следует использовать такие элементы, чтобы их параметры обеспечивали максимальную эффективность устройств

Усилитель систем контроля радиовещательных станций

echo "Работа усилителя в составе средств контроля предъявляет к нему ряд противоречивых требований. Это малый уровень нелинейных искажений, реализация повышенного коэффициента полезного действия, по в

Усилитель приемной антенной решетки

echo "Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине “Схемотехника АЭУ” РТФ КП 468740.009 ПЗ Выполнил : студент гр.148-3 ________ Вахрушев С.С. “____”___________2001г Руководитель: доцент кафед

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

echo "Усилители являются необходимым элементом любых систем связи, радиовещания, акустики, автоматики, измерений и управления. При ремонте усилителей мощности, которые входят в состав радиовещательной