Усилитель радиолинейной линии связи

2

15

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).

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.

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)єС.

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.

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:

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+ Iк0Rк=5,2 (В) - напряжение питания,

где URк напряжение на Rк, равное Iк0Rк..

Pрасс=Uкэ0Iк0=0,132 (Вт) - мощность, рассеиваемая на транзисторе;

Рпотр= EпIк0=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=Uкэ0Iк0=0,066 (Вт) - мощность, рассеиваемая на коллекторе;

Рпотр= EпIк0=0,066 (Вт) - мощность, потребляемая каскадом;

Таблица 2.2.1.1- Характеристики вариантов схем коллекторной цепи.

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,

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:

Ск(треб)=Ск(пасп)*=0,7=0,9 (пФ),

где Ск - ёмкость коллекторного перехода;

rб= =11,43 (Ом); gб==0,0875 (Cм),

где rб и gб сопротивление и проводимость базы соответственно,

фс - постоянная времени цепи обратной связи;

rэ= =1,82 (Ом), - сопротивление эмиттера,

где Iк0 взят в мА;

gбэ==0,0036 (См), - проводимость перехода база-эмиттер,

где в0 - статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ;

Cэ==24,3 (пФ), - ёмкость эмиттерного перехода,

где fт граничная частота транзистора;

Ri= =333 (Ом), gi=0.003(См),

где Ri и gi 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.

Lвх= Lб+Lэ=(2,5+2,5)нГн=5 (нГн) - входная индуктивность транзистора,

где Lб и Lэ индуктивности базы и эмиттера соответственно;

Rвх=rб=11,43 (Ом) - входное сопротивление;

Rвых=Ri=333 (Ом) - выходное сопротивление;

Свых=Ск(треб)=0,9 (пФ) - выходная ёмкость;

fmax=fт=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.

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].

2.2.3.2 Пассивная коллекторная термостабилизация:

Рисунок 2.2.3.2.1- Схема пассивной коллекторной термостабилизации.

URк=6 (В);

Rк=URк/Iк0=6/0.022=273 (Ом);

Eп=Uкэ0+URк=9 (В);

Iб==0.022/150=0,146 (мА),

Rб= =15,7 (КОм).

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).

=50;

UR4 >1 B; UR4 =2 (B);

R4===91 (Ом);

Eп=Uкэ0+UR4=5 (В);

Iб1= Iк0/в01=0,022/150=146 (мкА);

Iб1= Iк02;

Uкэ02= Uкэ01/2=1,5 (B);

Iд=10Iб2=10=9,6 (мкA);

R3==280 (КОм);

R1==240 (кОм);

R2==5450 (Ом).

Рисунок 2.2.3.3.1- Активная коллекторная термостабилизация.

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.

Страницы: 1, 2