Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В технике связи, радиоэлектронике, измерительной технике, системах автоматики, телемеханики и ряде других областей часто возникает необходимость в усилении электрических сигналов, т.е. в увеличении тока, напряжения или мощности этих сигналов. При передаче различных видов сообщений (телефонных, телевизионных и т.д.) по кабельным цепям для увеличения дальности связи включают усилительные устройства, которые компенсируют затухания, возникающие вследствие потерь в кабеле. Усилительное устройство радиотрансляционной сети увеличивает мощность звуковых сигналов радиоприемников до величины, обеспечивающей нормальную работу всех включенных в эту сеть громкоговорителей. В измерительной технике, когда измеряемые токи или напряжения настолько малы, что не могут привести в действие регистрирующее устройство, включают соответствующий усилитель. Таким образом, усилитель используется тогда, когда энергия сигнала на входе приемника недостаточна.

Основные особенности групповых усилителей:

1. В зависимости от назначения, пропускной способности МСП с частотным разделением каналов работают в диапазоне рабочих от 12кГц до 60 МГц и более. Известно, что затухание линии (симметричного или коаксиального кабеля) растет с повышением частоты. Поэтому групповой усилитель содержит корректор амплитудно-частотной характеристики (КАЧХ), с помощью которого усиление на верхней рабочей частоте по сравнению с усилением на нижней рабочей частоте поднимается в несколько десятков раз.

2. Абсолютная величина затухания в линии зависит от расстояния между двумя усилительными пунктами. Для его компенсации в усилителях устанавливается частотно-зависимые регуляторы усиления (РРУ); иначе их называют удлинителями или выравнивателями. Обычно они выполняются в виде ступенчатых регуляторов усиления.

В состав групповых усилителей вводится также автоматический регулятор усиления (АРУ). Он управляется датчиком температуры грунта либо сигналами специальных контрольных частот. Его назначение - поддержание необходимого усиления и формы АЧХ независимо от климатических условий. Вход и выход усилителя защищаются от мощных импульсных помех (например, грозовые разряды) включением полупроводниковых диодов.

3. Одним из важнейших требований, предъявляемых к групповым усилителям, является стабильность параметров. Стабильность достигается с помощью различных цепей ООС. Используются как местные обратные связи, так и обязательно - общая ООС, охватывающая весь усилитель. На входе и выходе усилителя применяются дифференциальные системы - шестиполюсники, которые позволяют реализовать комбинированную ООС.



Техническое задание

Спроектировать усилитель для МСП с ЧРК при следующих требованиях:

1. Количество каналов ТЧ кабельной СП 120

2. Длина секции ОУП-ОУП, км 220

3. Номинальная длина усилительного участка, км 8

4. Максимальная температура грунта, ^оС 33

5. Уровень передачи ОУП, дБ-1,5

6. Уровень шумов, приведенный ко входу усилитель ПС, дБ-130

7. Затухание нелинейности:А_го2=82дБ; А_го3=83дБ.

8. Питание усилителя Е_п=22В.

9. Согласование на входе и выходе усилителя - обязательное.



1. Определение минимальной и максимальной частоты линейного спектра СП

1.1 Выбор типа кабеля

Определим фактическое число каналов. Так как заданное количество каналов ТЧ кабельной СП равное 120 кратно 12, т.е. не отличается от стандартных значений, то возьмем N_ф=120. N_ф - фактическое число каналов, которое далее будет учитываться при расчетах. Ширина спектра группового сигнала определяется по числу N_ф, т.е.:

f = 4* N_ф = 4*120 =480 кГц.

Выберем тип кабеля для проектируемой СП. В соответствии с заданными условиями выбираем коаксиальный кабель, т.к. ширина спектра f > 300 кГц. Тип кабеля: МКТ-4

Определим минимальную и максимальную частоту линейного спектра:

f _min = 0,03 * f = 0,03 *480 = 14,4 кГц.

Т.к. f_min f_{min кабеля} , то минимальную частоту следует выбрать равной 60 кГц.

f_max = f_min + f = 60 + 480 =540 кГц.

1.2 Вычисление коэффициента затухания кабеля

Коэффициент затухания кабеля показывает, на сколько ослабляется сигнал при передаче по кабелю в 1 км.



Т_max = 33^о С f_max = 540 кГц.

K=1 =2*10^-3=Rн=75 Ом

_норм(f_max) = 0,065 + 5,259 * + 0,017 * f_max(МГц) = 0,065 + +5,2959* + 0,017*0,54 = 3,939 дБ/км

(f) = _норм(f_max) * К = 3,939 * 1 = 3,939 дБ/км

_темп (f) = (f)*[1-(20 - Т_max) * ] = 3,939 * [1 - (20 - 33) * 2*10^-3] =4,041 дБ/км

1.3 Расчет количества промежуточных усилительных станций

Для усиления сигнала, в линиях связи через участки, обозначаемые как l_ном, включают усилительные станции. Количество промежуточных усилительных станций определяется как:

N_пc = (L/l_норм)-1 = (220/8)-1=26,5

N_пc = 27, где L - длина секции ОУП - ОУП

l_ук = L - N_пc* l_ном = 220 - 27*8 = 4 км

Т.к. l_ук = 0,5* l_ном, то берем 1 укороченный участок с длинной 4км.

1.4 Построение диаграммы уровней

Уровни передачи на приеме после номинальных и укороченных участков.

P_пер = -1,5 дБ - уровень передачи ОУП.



Р _пр.ук. = Р_пер - _темп (f) * l_ук = -1,5 - 4,041*4= - 17,664 дБм.

Р _пр.ном. = Р_пер - _темп (f) * l_ном = -1,5 - 4,041 * 8 = -33,828 дБм.

1.5 Определение рабочего усиления усилителя УП

А_з = Р _пр.ном.- Р_ш = - 33,828 + 130 = 96,172 дБм.

S_раб = Р_пер - Р _пр.ном.= -1,5 + 33,828 = 32,238 дБм.

S_раб - рабочее усиление, А_з - уровень защищенности от помех.

1.6 Расчет максимальной неискаженной мощности на выходе усилителя ПС

Р_max = Р_пер +Р_пик + Р_ср + Р_пер

Р_пер = 3дБ.

Р_ср = -3 + 5 lg N_ф = -3 + 5 lg 120 = 7,396 дБ.

Р_пик = 10 + 10 lg (1 + 15/ N_ф) = 10 + 10 lg (1 + 15/ 120) = 10,512 дБ.

Р_max = -1,5+ 10,512 + 7,396 + 3 = 19,408 дБ.

Переведу Р_max:

Р_max = 10 ^{0,1 Рmax, дб}=10 ^{0,1 * 19,408} = 87,257 мВт.

На Рис.1. представлена диаграмма уровней СП.



2. Расчет выходного каскада группового усилителя

2.1 Выбор и обоснование схемы выходного каскада усилителя (ВКУ)

В ВКУ аппаратуры МСП при наивысшей частоте, не превышающей 1 - 1,5 МГц, целесообразно использовать трансформаторные схемы связи с нагрузкой. Трансформатор, преобразуя эквивалентное сопротивление нагрузки, позволяет сделать его оптимальным, при котором транзистор обеспечивает получение заданной выходной мощности более экономичным способом при наименьших нелинейных искажениях. Кроме преобразования нагрузки трансформатор исключает прохождение через нагрузку постоянной составляющей выходного тока транзистора и обеспечивает более высокий к.п.д., благодаря лучшему использованию напряжения источника питания.

Для сравнительно маломощных усилителей систем передачи с ЧРК вопросы экономии электрической энергии не играют решающей роли, поэтому предпочтение отдается однотактной схеме усилителя, которая может работать только в режиме класса А. В этом режиме проще обеспечить малые нелинейные искажения, причем уровень этих искажений резко уменьшается при неполном использовании транзистора по току и напряжению, в том числе и при средних уровнях сигнала.

Двухтактные схемы выходных каскадов в групповых усилителях на дискретных элементах, как правило, не используются, так как схема каскада усложняется и труднее обеспечить общую ООС.

В настоящее время биполярные транзисторы по отдаваемой мощности, диапазонам рабочих частот и температур, линейности характеристик и усилению являются более подходящими для выходных каскадов групповых усилителей.

Включение транзистора в ВКУ по схеме с общим эмиттером обеспечивает большее усиление, облегчает реализацию глубокой ООС, делает возможным для связи с предварительным усилителем использование более простых схем связи. Однотактная трансформаторная схема ВКУ приведена на рис.2.

Рис. 2. Трансформаторная схема ВКУ на БТ

В схеме используется эмиттерная стабилизация. Сопротивления Rґ_б и R”_б включаются в цепь базы при наличии на входе разделительной емкости. На рис.2 показан один из способов комбинированного подключения цепи ООС к выходу. Напряжение ООС снимается с части витков первичной обмотки выходного трансформатора Wґ_ос (ООС по напряжению) и с сопротивления Rґ_бл (ООС по току). Для увеличения выходной мощности можно использовать параллельное включение двух транзисторов.

2.2 Выбор транзистора

Для расчета получена (рассчитана выше) номинальная выходная мощность в дБм, переводим в мВт:

Р_н = 10 ^{0,1 Рн, дБм} = 10 ^0,1*19,408 = 87,257 мВт

С учетом потерь в цепи О.С. и потерь в выходном трансформаторе необходимая выходная мощность должна быть равна:



Потери в цепи ООС могут составлять от 5% до 20% (л = 1,05-1,2). Коэффициент полезного действия трансформаторной ДС з_тр можно принять для проектируемых групповых усилителей в пределах з_тр=0,9-0,94. В выходных каскадах используем один (N=1) транзистор.

Пусть =1,05; _тр=0,93, тогда

Рассеиваемая транзистором мощность в режиме покоя должна быть не менее:

Где = 0,7 - коэффициент использования БТ по напряжению.

При выборе транзисторов также учитываются параметры:

f_в=0,540 МГц, T_max=33 ^оС, E_п=22В.

При помощи ЭВМ в соответствии с вышеизложенными данными были выбраны следующие транзисторы:

Таблица1.

Тип тр-ра	Pk доп (мВт)	Uk макс доп (в)	Ik макс доп (мА)	Iкб 0 /Тп (мкА/оС)	Rgc (оС/мВт)	Тп макс доп (оС)	h21э мин
2т-602б	850	100	150	1000/125	0.150	150	40	4
кт-659а	1000	50	1200	70/85	0.155	180	35	3.5
2т-9130а	1000	200	300	10/125	0.125	150	60	4.16
2т-968а	800	200	200	1/125	0.156	150	35	6.3
кт-659ар	2000	50	1200	70/85	0.078	180	35	3.5

Из всех предложенных транзисторов желательно выбрать тот, который будет отвечать следующим условиям:

1. Меньший обратный ток коллекторного перехода I_к0 (I_кб0).

2. Малые тепловые сопротивления R_т.п.к. и R_т.ис., и более высокую допустимую температуру перехода T_{п.max.доп.}.

3. Большие значения статических коэффициентов усиления h_21э и меньший разброс этих параметров.

4. Максимально-допустимое мгновенное напряжение на коллекторе желательно иметь в пределах: U_{к.э.макс} = ( 11.5)Е_п.

Из таблицы видно, что всем вышеперечисленным условиям отвечает БТ 2т-602б.

2.3 Выбор режима работы транзистора ВКУ

усилитель групповой транзистор кабель

При одинаковом использовании транзисторов по току и напряжению значения и в рабочей точке не должны превышать половины максимально допустимых, т.е. для обеспечения гарантированной надежности транзистора должны выполняться условия:

U_к00,45*U_k.max; U_к00,45*100 = 45 В;.

I _к00,45 * I _k.max; I _к00,45 *150 = 67.5 мА

Напряжение на транзисторе ВКУ должно составлять не более 0,8 Еп. При выбранном , для получения требуемой выходной мощности, значение тока в рабочей точке:



Выбираем рабочую точку на семействе выходных характеристик (рис. 3) при и . Определяем значение тока коллектора в рабочей точке . Проверяем условие:

.

Критерием правильности выбора р.т. являются также максимальные значения температуры p-n перехода:

которая не должна превышать максимально допустимое для данного транзистора значение Т_{п.макс.доп}.

Выполним проверку (максимальная температура среды составляет +33єС): .

Нагрузочные прямые строятся следующим образом. Общей точкой является рабочая точка (р.т.). Другая точка для R_н= равна (точка 1):U_к1=Еп=22В; i_к1 = 0

Для R_н~ (точка 2):U_к2=2U_к0=34В; i_к2 = 0.

Указанные значения точек 1 и 2 отмечаем на оси напряжений и проводим соответствующие нагрузочные прямые.



Для дальнейших расчетов ВКУ определяются статические параметры транзистора:

- статический коэффициент усиления по току в рабочей точке

;

- выходное сопротивление транзистора в режиме насыщения:

.

Так как величина выбрана больше величины, определяемой соотношением , фактический коэффициент использования транзистора получается меньше 0,7:

.

2.4 Расчет необходимой стабилизации режима работы транзистора ВКУ

Стабилизация режима работы ВКУ обеспечивается отрицательной обратной связью по постоянному току (ООСПТ). Выше было отмечено, что в схеме выходного каскада используется эмиттерная стабилизация; она создается включением в эмиттерную цепь достаточно большого сопротивления Rэ и ООСПТ является последовательной. Отметим, что целью стабилизации является обеспечение одинаковых условий работы транзистора при определенном разбросе параметров (прежде всего величиной h_21Э) и изменением условий окружающей среды (главным образом температуры, наиболее сильно влияющей на значение обратного тока коллекторного перехода - I_кб0). Для транзистора ВКУ величина допустимого положительного приращения тока i_к.0доп определяется предельным положением р.т., при котором еще обеспечивается получение от транзистора требуемой выходной мощности. Это приращение коллекторного тока определяется соотношением:

где сопротивление нагрузки постоянному току равно:

i_б0=0,3мА - ток базы, равный току смещения по усредненным характеристикам транзистора.

Вычисляем:

При отсутствии стабилизации изменения постоянного тока может быть значительно больше допустимого. Когда ВКУ отделен по постоянному току от предварительного каскада, максимально возможное положительное приращение коллекторного тока равно:



Здесь h_21Эmax = h_{21э мин} * = 40*4=160 - наибольший для выбранных условий работы статический коэффициент усиления транзистора по току; - обратный ток коллектора, определяется для максимально возможной температуры p-n перехода. Так как в справочных данных для выбранного транзистора 2т-602б приведено значение при температуре 25єC, которая отличается от вычисленной ранее максимальной температуры p-n-перехода равной 93,18 єC, то для расчётов воспользуемся формулой

( U_k.max/ U_ko) = 0,01*10^-3*(100/17)=0,058 мА

Тогда ,

.

Необходимая глубина местной отрицательной обратной связи по постоянному току в оконечном каскаде, позволяющая снизить изменение коллекторного тока до допустимой величины:

Fпосл.ок = i _k0.макс./ i _k0.доп = 33,338/5,546=6,01

2.5 Расчет выходного каскада усиления по переменному току

Расчет ВКУ по переменному току проводится для гармонического сигнала номинальной величины, при котором обеспечивается получение заданной выходной мощности в нагрузке.

Оптимальное эквивалентное сопротивление нагрузки транзистора, обеспечивающее получение наибольшей выходной мощности при сравнительно малых искажениях:



.

Оно соответствует одинаковому использованию транзистора по току и напряжению. .

Номинальные амплитудные значения переменных составляющих выходного тока и напряжения (со стороны первичной обмотки выходного трансформатора):

;

.

При номинальном значении выходной мощности используемый участок характеристики лежит между точками “А” и “В”. В этих точках (рис. 3)

, ;

, .

Точка покоя вместе с точками а и б определяют треугольники, площадь которых равна отдаваемой выходной мощности

Отдаваемая транзистором мощность равна:

.

Токи базы, соответствующие точкам “А” и “В”, определяют используемый участок входной характеристики (рис. 4).



По выходной характеристике определим значение токов базы, соответствующих точкам А и В: и . Отмечаем полученные значения токов базы на входной характеристике (рис. 4) и определяем соответствующие значения напряжения эмиттер-база и . Изменения входного тока относительно рабочей точки в сторону увеличения и уменьшения, как видно из рисунка, должны быть неодинаковыми. Поэтому для дальнейших расчетов лучше использовать усредненные значения:

- амплитуды входного напряжения и тока:

.

- входное сопротивление транзистора (между базой и эмиттером):

.

Входная мощность, необходимая для получения номинальной мощности на выходе:

.

Средние значения динамических коэффициентов усиления по току, напряжению и мощности:

; ;



Для дальнейших расчетов необходимо также учитывать разброс параметров. Значения коэффициентов усиления и входных сопротивлений в ОКУ можно считать изменяющимися пропорционально статическому коэффициенту усиления транзистора по току. В частности:

К_т.мин.= К_т.ср.*h_21эмин./h_21э.ср.= 75.7*40/80 = 37.85

К_н.мин.= К_н.ср.*h_21эмин./h_21э.ср.= 471,92*40/80 = 235,96

R_{х.э.мин.}= R_{вх.э.ср.}*h_21эмин./h_21э.ср.= 113,6*40/80 = 56,8 Ом

R_{вх..э макс.}= R_{вх..э ср.}*h_21эмакс./h_21э.ср.= 113,6*160/80 = 227,2 Ом

2.6 Построение сквозной динамической характеристики и оценка нелинейных искажений в ВКУ

Наибольшие нелинейные искажения возникают в выходном каскаде усиления, где уровни сигнала максимальны. Обусловлены эти искажения, главным образом, нелинейностью характеристик транзистора. Сквозная динамическая характеристика представляет собой зависимость коллекторного тока от эквивалентной ЭДС источника сигнала транзистора ВКУ:

i_к. = f (e_ист.).

Значение ЭДС источника ОКУ для каждой точки определяются соотношением:

е_ист.. = i_б.*R_ист. + U_б.

Для оценки нелинейных искажений целесообразно принять:



R_ист..=5*R_{вх.э ср}. = 5*113,6 = 0.568кОм.

Таблица значений для построения i_к. = f (e_ист.).

Точки	1	2	3	4	5	6
iб,мА	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
Iк,мА	8.2	16	24	32	37	42
Uб,В	0.74	0.76	0.784	0.79	0.81	0.82
eист..	0.79	0.87	0.95	1.02	1.09	1.16

Для расчета уровня гармоник можно выбрать достаточно большой участок характеристики, например, в пределах которого она отличается в линейной примерно на 10% от соответствующего рабочей точке, т.е.

Iк1=Iк2=0,1* I_К0=0,1*24*10^-3=2,4 мА

При таком искажении рассчитываем для используемого участка между точками “В” и “С”. Пять значений выходного тока (ординат)

, , , , .

определяются для четырех одинаковых приращений Э.Д.С. источника сигнала:

.



Амплитуда полезного сигнала (первая гармоника), а также второй и третьей гармоник определяются:



,

,

.

Данные значения высших гармоник соответствуют отдаваемой мощности

которая получилась больше номинальной при небольшом значении коэффициента использования .

Коэффициенты гармоник К_Г и соответствующие им затухания нелинейности равны:

, ,

,

.

При > при номинальном уровне сигнала нелинейные искажения получаются меньше рассчитанных (затухания нелинейности возрастают).

Чтобы ООС эффективно снижала нелинейные искажения, затухания нелинейности при номинальной мощности должны быть не менее 20 дБ (в нашем случае эти условия выполняются). При меньшем значении необходимо выбрать другое положение рабочей точки, либо заменить транзистор на другой, с более линейными характеристиками.

Отметим, что необходимые минимально допустимые значения затухания нелинейности по второй т третьей гармоникам в групповых усилителях МСП (А_г20 и А_г30) задаются при нулевом уровне выходной мощности и обычно значительно больше полученных в расчете. Обеспечить их позволяет достаточно глубокая комбинированная общая и местная в ВКУ ООС по переменному току. Чем больше отличие от этих значений от полученных в расчете ВКУ, тем более глубокую ООС следует применить. Требуемая глубина ООС определяется ниже.



3. Выбор операционного усилителя и расчет принципиальной схемы

3.1 Исходные данные

Для выбора операционного усилителя необходимо определить:

Величину Э.Д.C. эквивалентного источника сигнала группового усилителя

,

где - уровень передачи по мощности группового усилителя; - волновое сопротивление кабеля СП;

- необходимое рабочее усиление.

.

Номинальное напряжение сигнала на входе усилителя:

,

где коэффициент трансформации и К.П.Д. входного трансформатора рекомендуется выбрать:

, .

Примем , , тогда:

Необходимый коэффициент усиления ОУ, с учетом запаса на введение общей ООС в групповом усилителе Здесь - напряжение на базе транзистора выходного каскада. = .

- необходимая глубина общей ООС группового усилителя находится из условий:

,

,

, .

Здесь , - заданные затухания нелинейности по второй и третьей гармоникам; , - найдены при расчете ВКУ. выбирается большим из двух найденных значений и используется в дальнейших расчетах.

,

,

, .

выбирается большим из двух найденных значений, тогда А_необх = 30 дБ.

Необходимый коэффициент усиления ОУ, с учетом запаса на введение общей ООС в групповом усилителе:

.

Допустимое значение спектральной плотности Э.Д.С. белого шума на входе ОУ:



=

Т.к. > 200, то шумовые параметры ОУ не принимают во внимание.

3.2 Выбор операционного усилителя

Выбранный ОУ должен обеспечить достаточное по величине и равномерное по спектру (до F_в) усиление, максимальную устойчивость и надежность работы. Для проверки более полного соответствия этим требованиям выберем несколько типов ОУ. Все выбранные ОУ удовлетворяют требованию: .

Кроме того, типовой коэффициент усиления на низких частотах, для любых из выбранных ОУ должен быть S_мин ? 80 дБ. По этим данным выбираем из справочника 3 ОУ.

Тип ОУ	f1(МГц)	S(дБ)	Uп(В)	Iп(мА)	Корр.	Vспад	Sпред
	Мин	тип	среза	мин	Тип	Пределы	макс	Тип			ДБ
140УД23	10	10	10	88	106	5	18	10	4	ВН	25	20
140УД22	20	5	5	94	106	5	18	10	5.5	ВН	20	0
LF157	10	20	-	94	106	5	20	7	5	ВН	23	22

Расчет усиления для всех предварительно отобранных ОУ при введенной ООС и любым типом коррекции выполняется аналитически:

140УД23:

где V_спад - скорость спада АЧХ ОУ, берется из таблицы

S_F>S_необх, (31.7дБ > 11.42дБ)

S_F>S_пред, (31.7дБ > 20дБ)

Условия выполняются, поэтому данный ОУ подходит.

140УД22:

S_F>S_необх, (19.34дБ > 11.42дБ)

S_F>S_пред, (19.34дБ > 0)

Условия выполняются, поэтому данный ОУ подходит.

LF-157:

S_F>S_необх, (36.08дБ > 11.42дБ) S_F>S_пред, (36.08дБ > 22дБ)

Условия выполняются, поэтому данный ОУ подходит.

Окончательно, предпочтения отдаем LF-157, у которого имеются запасы:

-По устойчивости: S_F - S_пред = 36.08 - 22 = 14.08 дБ.

-По усилению: S_F>S_необх= 36.08 - 11.42 = 24.66 дБ.

3.3 Выбор режима работы ОУ

ОУ используется более эффективно, если источник питания имеет среднюю точку, относительно которой напряжение должно иметь. Для развязки по цепям питания обычно включается RC - фильтры или стабилитроны. Напряжение питания ОУ можно принять равным:

, а среднее значение потребляемого тока



Здесь и - максимальные и средние значения тока базы транзистора выходного каскада в выбранном режиме (U_к0 и i_к0).

3.4 Составление принципиальной схемы усилителя

На рис.6 приведена принципиальная схема группового усилителя с использованием ОУ LF-157.

Связь усилителя с источником сигнала и нагрузкой осуществляется с помощью трансформаторов с дополнительными обмотками обратной связи: _ос и '_ос. Особенностью схемы является применение общей комбинированной ООС. ОУ охвачен местной ООС (R₁ и R₂). Чтобы эти цепи ОС были отрицательными и взаимонезависимыми сигналы ОС подаются на разные входы ОУ:

с выхода ОУ сигнал местный ОС подается на инвертирующий вход, а с выхода группового усилителя сигнал общей ОС - на не инвертирующий вход.

на этот же вход, через трансформатор подается сигнал с линии связи.

Чтобы общая ОС бала отрицательной, транзистор выходного каскада необходимо включить с общим эмиттером.

Входное сопротивление ОУ велико (R_вход. ) и , чтобы исключить его работу в режиме холостого хода, при котором трансформатор будет иметь неравномерную АЧХ и создавать большие фазовые сдвиги на высоких частотах, вторичная обмотка и вход ОУ шунтируются относительно небольшим резистором шунта R_{ш .} Для повышения устойчивости группового усилителя в области высоких частот используются емкости высокочастотного обхода С_а .

Развязку цепей по постоянному току осуществляют разделительные емкости С_р1,С_р2, С_р3.

R_бл и R'_бл - балансные сопротивления дифференциальной системы. Особенностью выходного каскада является наличие местной последовательной по входу ООС, поскольку R_эf , не шунтируется емкостью. Эта ОС позволяет повысить входное сопротивление выходного каскада, уменьшить дополнительно нелинейные, частотные искажения и помехи.

3.5 Расчет элементов принципиальной схемы группового усилителя

Расчет сопротивления шунта Rш.

Величина сопротивления Rш находится из условия согласования входного сопротивления трансформатора с волновым сопротивлением линии связи:



R_вх.тр = R_ш /n²_тр,

R_ш = R_вх.тр*n²_тр,

где R_вх.тр = = 75 Ом.



Выберем из ряда Е24 стандартное значение тип МЛТ-0,125.

Расчет цепи местной ООС ОУ.

Глубина местной ООС в ОУ определяется по формуле:

А_оу = S_тип - S_F = 106 - 36,08 = 69,92дБ. ,

где S_F=20*lg(K_F), дБ. Величина, K_F - коэффициент усиления ОУ с учетом местной ООС. При глубокой ООС:

K_F = К/F_оу = К/(1+к) K/ = R₂/ R₁.

K_F = 10^0,05*SF = 10^0,05*36,08 = 63,68

F_оу = 10^0,05*АОУ = 10^0,05*69,92= 3133,3

Величина резистора находится из условия устойчивости работы ОУ:

R₁1/(2**C_вх.ОУ*2*f_1тип) = 1/(6,28*3*10^-12*2*20*10⁶) = 1,326 кОм.

C_вх.ОУ = 34 пФ - входная емкость ОУ с учетом монтажной схемы усилителя.

Тогда сопротивление

R₂ = К_F* R₁ = 63,68*1326 = 84,4к Ом.

В соответствии со стандартами R₁ = 1,3 кОм R₂ = 82 кОм .

Проверим условие R₂ 10*R_{вх.э.ок.ср.} = 10*113.6 = 1,136 кОм.

Цепи питания ОУ.

Для развязки по цепям питания в схеме группового усилителя предусмотрены RC-фильтры:

,

где - потребляемый ток ОУ (типовое значение). Выбираем значение сопротивления согласно ГОСТа (ряд Е24): .

Мощность, выделяемая на резисторе:

.

Выбираем тип резистора: МЛТ-0,025.

,

где - частота пульсаций сети.

Выбираем конденсатор с оксидным диэлектриком типа К50-16, с номинальным напряжением из ряда Е6: .

Вводится при условии, что S_F > S_необх. . Для последовательной по входу местной ООС включается в эмиттерную цепь транзистора ВКУ небольшой по величине и не шунтированный емкостью резистор R_эF:

А_м.ок. = S_F - S_необх = 36,08 - 11,42 = 24,66дБ.

F _м.ок. = 10^{0,05* Ам.ок.} = 10^0,05*24,66 =17,1 = 1 + S_эR_э.

Крутизна тока эмиттера транзистора ВКУ при условии, что R_вых.ОУ 0:



S_э = (1+h_21э.ср.)/R_{вх.э.ок.ср.} = (1+80)/113,6 = 0,713

R_эF = (F _м.ок. - 1)/ S_э =(17,1 - 1)/0,713 = 22,6 Ом.

В соответствии со стандартом R_эF = 22 Ом.

Расчет элементов эмиттерной стабилизации в ВКУ.

Резистор в цепи эмиттера при наличии местной ООС равен:

R _э.ок. = (Е _п - U _ко.ок.)/( i _ко.ок. + i _бо.ок.) - R _э.F. = (22 - 17)/(24 + 0,3)*10^-3 - 22,6 = 183,2 Ом.

Для расчета резисторов в цепи базы выбирают ток делителя:

i _дел. = (510) i _бо.ок. = 8 i _бо.ок. = 8*0,3*10^-3 = 2,4 мА.

R_б = (Е _п - U _ко.ок. + U _бо.ок.) /i _дел = (22 - 17 + 0,784)/ 2,4*10^-3 = 2,41кОм.

R_б = (Е _п- i _дел*R_б)/(i _дел+ i _бо.ок. )=(22- 2,4*10^-3*2,41*10³)/(2,4+0,3)*10^-3 = 6 кОм.

Поскольку

R_б = (R_б*R_б)/(R_б+R_б )=(6*2,4*10⁶)/((6+2,4))*10³=1,71 кОм 5R_{вх.ок.ср.}= 5*113,6 = =568Ом,

то потери усиливаемого сигнала в цепи базы ВКУ за счет делителя R_б и R_б не будут превышать допустимых пределов.

В соответствии со стандартом: R_б = 6,2кОм, R_б = 2,4 кОм, R _э.ок.=180Ом.

Глубина ООС по постоянному току, обеспечивающая стабилизацию режима работы:



F_{посл.ок.} = 1 + [( 1 + h_21э.ср.)*( R _э.ок. +R _э.F.)/(R _{вх.ок.ср.}* F _м.ок.)] = 1 + [(1 + 80)*(183,2+22,6)/113,6*17,1] = 9,476

Поскольку F_{посл.ок.} > F_{посл.необх} (9,476 > 6,01), то глубина ООС будет достаточной.

Разделительная емкость на входе ВКУ при М_н.р. 0,5дБ и предложении

R_вых.ОУ ? 0, равна:

, где

.

- нижняя граничная частота усиливаемого сигнала.

.

Выбираем конденсатор К73-5

Емкость в цепи эмиттера при равна:

Выбираем конденсатор К53-1А .

Значения элементов, которые были вычислены в ходе выполнения курсового проекта занесём в спецификацию.



Спецификация

Зона	Поз. обзнач.	Наименование	Кол
		Конденсаторы
	Ср	К73-5-250В-0,033мкФ	3
	Сф	К50-16-6,3В-360мкФ	2
	Сэ	К53-1А-20В-1,5мкФ	1
		Резисторы
	R'б	МЛТ-0,125-6,2кОм	1
	R''б	МЛТ-0,125-2,4кОм	1
	Rэ	МЛТ-0,125-180Ом	1
	RФ	МЛТ-0,025-430Ом	2
	Rш	МЛТ-0,125-1,8кОм	1
		Микросхемы
	D1	LF-157	1
		Транзисторы
	VT1	2T-602б	1



Заключение

В данной курсовой работе был разработан групповой усилитель систем передачи. Выходной каскад усиления построен на биполярном транзисторе 2Т-602б. В качестве двух предварительных каскадов использовали ОУ типа LF-157. Описана и разработана функциональная схема, приведены расчеты, подтверждающие работоспособность схемы. Полученные в ходе работы расчеты параметров соответствуют техническому заданию данного курсового проекта.



Используемая литература

1.Конспект лекций по курсу МСП Матвеев В.А..

2. Методическое указание: « Расчет ОКУГУ аналоговых систем МЭС»; Матвеев В.А, Демин Э.А.

3. Методическое указание: «Использование ИМ в ГУ систем передачи с ЧРК»; Матвеев В.А, Демин Э.А.

Размещено на Allbest.ru