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).
5
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.
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.
16
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:
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;
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>(310)*fв>2300 МГц выберем транзистор КТ371А. Его параметры [3] необходимые при расчете приведены ниже:
с=8 пс и Ск=0,7 пФ при Uкэ=10 В, 0=150, Uкэ0(доп)=10 В, Iк0(доп)=30 мА,
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.
URэ=(2ч5)=3 (В);
Eп=Uкэ0+URэ=3+3=6 (В);
Rэ= ==136,4 (Ом);
Rб1=, Iд=10Iб, Iб=, Iд=10 =10=1,46 (мА),
где Iд ток базового делителя,
Iб ток базы;
Rб1==1575 (Ом), - элемент базового делителя;
Rб2= =2534 (Ом), - элемент базового делителя.
Наряду с эмитерной термостабилизацией используются пассивная и активная коллекторные термостабилизации [5].
Ток базы определяется величиной Rб. 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 Rк 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 Rб 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 Rк можно поставить меньшее на котором бы падало порядка 1В см. рис.(2.2.3.3.1).
Данная схема требует значительное количество дополнительных элементов, в том числе и активных. Если Сф 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 , ,по формулам (2.3.3-2.3.5):
К0==2,125;
b1==3,375;
b2==3,625.
двухтранзисторного варианта усилителя равна
(2.3.7)
где =89,2 (пс)
; (2.3.8)
, (2.3.9)
Мн = 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:
.
Кu(общ)= (раз), что соответствует 18,6 dB;
Из формулы (2.3.6) вычислим Rос, потом выразим Rэ, оно будет являться сопротивлением ООС и назовём его :
(Ом);
(Ом);
; (Ом);
Рисунок 2.3.2- Радиорелейный усилитель на четырёх каскадах.
2.4 Расчёт ёмкостей и дросселей.
Проводимый ниже расчёт основан на [4].
(пФ);
(мкГн);
На нижних частотах неравномерность АЧХ обусловлена ёмкостями Ср и Сэ, поэтому пусть 1,5 dB вносят Ср и столько же Сэ.
, (2.4.1)
где R1 и R2 сопротивления соответственно слева и справа от Ср
Yн допустимые искажения вносимые одной ёмкостью.
(dB), (раз), для Ср1 и
(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,
;
; ;
;
(Ом).
По формуле (2.4.1) рассчитаем Ср.
(пФ);
(пФ);
;
;
(нс);
(пФ).
??? ?? 468730.001 ??
???
?????
???????
??
????
N?????.
????.
????
УСИЛИТЕЛЬ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ
????????
???????
ЛИНИЙ СВЯЗИ
????????
?????
????? ?????????????
??????????????
??????????????
????
??????
????? ???
??????? ???
??. 148-3
Позиция
Обозн.
????????????
???
??????????
Конденсаторы ОЖ0.460.203 ТУ
С1,С12
КД-2-130 пФ5%
2
С2,С5,C8
КД-2-10 пФ5%
3
С3,С6
С9,C11
КД-2-3,4 нФ5
4
С4,С7
С10,C13
КД-2-300 пФ5%
4
Катушки индуктивности
L1.L2
L3,L4
Индуктивность 10 мкГн10%
4
Резисторы ГОСТ 7113-77
R1,R5
R10,R15
МЛТ-0,125-1600Ом10%
4
R2,R7
R12,R17
МЛТ-0,125-2400 Ом10%
4
R3,R8
R13,R19
МЛТ-0,125-43 Ом10%
4
R4,R9
R14,R20
МЛТ-0,125-91 Ом10%
4
R6,R11R16,R18
МЛТ-0,125-62 Ом10%
4
Транзисторы
VT1,VT2
VT3,VT4
КТ371А
4
??? ?? 468730.001 ??
???
?????
???????
??
????
N?????.
????.
????
?????????
????????
???????
?????????????
????????
?????
????? ?????
????
??????
????? ???
???????? ?????????
??????? ???
??. 148-3
3 Заключение
В данном курсовом проекте разработан усилитель радиолинейных систем связи с использованием транзисторов КТ371А и перекрестных обратных связей, имеет следующие технические характеристики: полоса рабочих частот (40-450) МГц; коэффициент усиления 18,5 дБ; неравномерность амплитудно-частотной характеристики + 1,5 дБ; максимальное значение выходного напряжения 0,5 В; сопротивление генератора и нагрузки 50 Ом; напряжение питания 6 В.