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.

                                                                                  _____________

2001

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:

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.

 Рисунок 2.2.2.1.1- Эквивалентная схема биполярного

                                 транзистора (схема Джиаколетто).

              Расчёт основан на [2].

Ск(треб)=Ск(пасп)*=1,6×=2,26 (пФ), где

Ск(треб)-ёмкость коллекторного перехода при заданном Uкэ0,

Ск(пасп)-справочное значение ёмкости коллектора при Uкэ(пасп).

rб= =2,875 (Ом); gб==0,347 (Cм), где

rб-сопротивление базы,

-справочное значение постоянной цепи обратной связи.

rэ= ==0,763 (Ом), где

Iк0 в мА,

rэ-сопротивление эмитера.

gбэ===0,023, где

gбэ-проводимость база-эмитер,

-справочное значение статического коэффициента передачи тока в схеме с общим эмитером.

Cэ===41,7 (пФ), где

Cэ-ёмкость эмитера,

 fт-справочное значение граничной частоты транзистора при которой =1

Ri= =100 (Ом), где

Ri-выходное сопротивление транзистора,

Uкэ0(доп), Iк0(доп)-соответственно паспортные значения допустимого напряжения на коллекторе и постоянной составляющей тока коллектора.

gi=0.01(См).

              2.2.2.2Расчёт однонаправленной модели транзистора.