Xreferat.com » Рефераты по науке и технике » Усилитель радиорелейной линии связи

Усилитель радиорелейной линии связи

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.

                                                                            

2001

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).

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)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 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 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=Усилитель радиорелейной линии связи==0,02 (А).

Рассчитаем рабочую точку для резистивного и дроссельного каскадов:

Усилитель радиорелейной линии связи Усилитель радиорелейной линии связи

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»=Усилитель радиорелейной линии связи==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=Усилитель радиорелейной линии связи==0,01 (Вт) – выходная мощность, Rн – сопротивление нагрузки;

Eп=Uкэ0+URк=Uкэ0+ Iк0×Rк=5,2 (В) – напряжение питания,

где URк напряжение на Rк, равное Iк0×Rк..

Pрасс=Uкэ0×Iк0=0,132 (Вт) – мощность, рассеиваемая на транзисторе;

Рпотр= Eп×Iк0=0,2288 (Вт) – мощность, потребляемая каскадом;

Усилитель радиорелейной линии связи Усилитель радиорелейной линии связи

б) дроссельный каскад:

Рисунок 2.2.1.3- Дроссельный каскад        Рисунок 2.2.1.4- Нагрузочные прямые.

                            по переменному току.

Iвых=Усилитель радиорелейной линии связи ==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=Усилитель радиорелейной линии связи==0,01 (Вт) - выходная мощность;

Eп=Uкэ0=3 (В) - напряжение питания;

Рк расс=Uкэ0×Iк0=0,066 (Вт) - мощность, рассеиваемая на коллекторе;

Рпотр= Eп×Iк0=0,066 (Вт) – мощность, потребляемая каскадом;

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>(3¸10)*fв>2300 МГц выберем транзистор КТ371А. Его параметры [3] необходимые при расчете приведены ниже:

tс=8 пс и Ск=0,7 пФ при Uкэ=10 В, b0=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.

Усилитель радиорелейной линии связи

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)*Усилитель радиорелейной линии связи=0,7×=0,9 (пФ),

где    Ск – ёмкость коллекторного перехода;

rб= Усилитель радиорелейной линии связи=11,43 (Ом); gб==0,0875 (Cм),

где    rб и gб сопротивление и проводимость базы соответственно,

         τс – постоянная времени цепи обратной связи;

rэ=Усилитель радиорелейной линии связи =1,82 (Ом), - сопротивление эмиттера,

где    Iк0 взят в мА;

gбэ=Усилитель радиорелейной линии связи=0,0036 (См), – проводимость перехода база-эмиттер,

где    β0 – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ;

Cэ=Усилитель радиорелейной линии связи=24,3 (пФ), - ёмкость эмиттерного перехода,

где    fт граничная частота транзистора;

Ri= Усилитель радиорелейной линии связи=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].

Усилитель радиорелейной линии связи


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.

Усилитель радиорелейной линии связи

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=(2÷5)=3 (В);

Eп=Uкэ0+URэ=3+3=6 (В);

Rэ=Усилитель радиорелейной линии связи ==136,4 (Ом);

Rб1=Усилитель радиорелейной линии связи, Iд=10×Iб, Iб=, Iд=10× =10×=1,46 (мА),

где     Iд ток базового делителя,

          Iб ток базы;

Rб1=Усилитель радиорелейной линии связи=1575 (Ом), - элемент базового делителя;

Rб2=Усилитель радиорелейной линии связи =2534 (Ом), - элемент базового делителя.

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

Усилитель радиорелейной линии связи


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=Усилитель радиорелейной линии связи=0.022/150=0,146 (мА),

Rб=Усилитель радиорелейной линии связи =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).

b2=50;

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

R4=Усилитель радиорелейной линии связи==91 (Ом);

Eп=Uкэ0+UR4=5 (В); 

Iб1= Iк0/β01=0,022/150=146 (мкА);

Iб1= Iк02;

Uкэ02= Uкэ01/2=1,5 (B);

Iд=10×Iб2=10×=9,6 (мкA);

R3=Усилитель радиорелейной линии связи=280 (КОм);

R1=Усилитель радиорелейной линии связи=240 (кОм);

Усилитель радиорелейной линии связи

R2=Усилитель радиорелейной линии связи=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.

2.3 Расчёт усилителя.

Усилитель радиорелейной линии связи

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:

Усилитель радиорелейной линии связи;                                                                                    (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

Усилитель радиорелейной линии связи;                                                                (2.3.2)

где Усилитель радиорелейной линии связи;                                                                       (2.3.3)

Усилитель радиорелейной линии связи;                                                                               (2.3.4)

Усилитель радиорелейной линии связи;                                                                     (2.3.5)

Усилитель радиорелейной линии связи;                                                                                              (2.3.6)

Выберем

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: