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 расчт усилителя и вариантов его исполнения, при этом был произведн 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 40С.

8. Дополнительные требования согласование усилителя по входу и выходу. Содержание 1 Введение 2 Основная часть 2.1 Анализ исходных данных 2.2 Расчт оконечного каскада 2.1 Расчт рабочей точки 2.2 Расчт эквивалентных схем замещения транзистора 2.1 Расчт параметров схемы Джиаколетто 2.2 Расчт однонаправленной модели транзистора 9 2.2.3

Расчт и выбор схемы термостабилизации 3.1 Эмитерная термостабилизация 3.2 Пассивная коллекторная 3.3 Активная коллекторная 2.3 Расчт усилителя 2.4 Расчт мкостей и дросселей 14 Схема электрическая принципиальная 15 Спецификация 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 всм 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 перекрстными 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 перекрстные обратные связи, которые нам дадут хорошее согласование по входу и выходу, в них будет теряться ориентировочно около одной трети выходного напряжения, то возьмм Uвых в 2 раза больше заданного, т.е. 1В. 2.2 Расчт оконечного каскада 2.1 Расчт рабочей точки На основании выше изложенного, вычислим напряжение на нагрузке и выходной ток

Uвых2Uвыхзаданного20.51 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 Рассчт 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 Uкэ0UвыхUост , 2.2.1 где Uвых выходное напряжение, Uост остаточное напряжение транзистора Iк0 Iк0,1 Iк,

2.2.2 где Iк ток коллектора по переменному току Uкэ03 В Iк00,044 А Pвых 0,01 Вт выходная мощность, Rн сопротивление нагрузки EпUкэ0URкUкэ0 Iк0Rк5,2 В напряжение питания, где URк напряжение на Rк, равное Iк0Rк PрассUкэ0Iк00,132 Вт мощность, рассеиваемая на транзисторе Рпотр EпIк00,2288 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. Uкэ03 В Iк00,022 А Pвых 0,01 Вт - выходная мощность EпUкэ03 В - напряжение питания Рк рассUкэ0Iк00,066

Вт - мощность, рассеиваемая на коллекторе Рпотр EпIк00,066 Вт мощность, потребляемая каскадом Таблица 2.2.1.1- Характеристики вариантов схем коллекторной цепи. Еп,ВРрасс,ВтРпотр,ВтIк0,АС Rк5,20,1320,22880,044С Lк30,0660,0660,022Как видно из таблицы, лучше использовать каскад с дросселем в цепи коллектора На основании следующих неравенств

Uкэ0допустимое Uкэ01,2 Iк0доп Iк01.2 Рк расс Рк рассдоп1,2 fт 310fв 2300 МГц выберем транзистор КТ371А. Его параметры 3 необходимые при расчете приведены ниже с8 пс и Ск0,7 пФ при Uкэ10 В, 0150, Uкэ0доп10 В, Iк0доп30 мА, Рк рассдоп0,1 Вт, fт4,5 ГГц, Lб2,5 нГн, Lэ2,5 нГн. 2.2.2 Выбор транзистора и расчет эквивалентной схемы замещения.

2.2.2.1Расчт параметров схемы Джиаколетто. Рисунок 2.2.2.1.1- Эквивалентная схема биполярного транзистора схема Джиаколетто. Проведм расчт элементов эквивалентной схемы замещения транзистора 4, используя паспортные данные СктребСкпасп 0, 0,9 пФ, где Ск мкость 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 мкость эмиттерного перехода, где fт граничная частота транзистора Ri 333 Ом, gi0.003См, где Ri и gi выходные сопротивление и проводимость транзистора соответственно. 2.2.2.2Расчт однонаправленной модели транзистора.

Данная модель применяется в области высоких частот 5. Рисунок 2.2.2.2.1- Однонаправленная модель транзистора. Lвх LбLэ2,52,5нГн5 нГн входная индуктивность транзистора, где Lб и Lэ индуктивности базы и эмиттера соответственно Rвхrб11,43 Ом входное сопротивление RвыхRi333 Ом выходное сопротивление

СвыхСктреб0,9 пФ выходная мкость fmaxfт4,5 ГГц максимальная граничная частота. 2.2.3 Расчт 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 е 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. URэ2ч53 В EпUкэ0URэ336 В Rэ 136,4 Ом Rб1 , Iд10Iб, Iб , Iд 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. URк6 В RкURкIк060.022273 Ом EпUкэ0URк9 В Iб 0.0221500,146 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 перекрстные 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 EпUкэ0UR45 В Iб1 Iк0в010,022150146 мкА Iб1 Iк02 Uкэ02 Uкэ0121,5 B Iд10Iб2 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 проведнном выше анализе схем термостабилизации

выберем эмитерную. 2.3 Расчт 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 перекрстными 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 К0.5 и произведм 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 формул2.3.8-2.3.9 произведм 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 . Кuобщ раз, что соответствует 18,6 dB Из формулы 2.3.6 вычислим Rос, потом выразим Rэ, оно будет являться сопротивлением ООС и назовм его Ом Ом Ом Рисунок 2.3.2- Радиорелейный усилитель на четырх каскадах. 2.4 Расчт мкостей и дросселей. Проводимый ниже расчт основан на 4. пФ мкГн

На нижних частотах неравномерность АЧХ обусловлена мкостями 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 мкостью. dB, раз, для Ср1 и раз, для Сэ. R1Rвыхкаскада, R2RвхкаскадаRн50

Ом, для Ср1 межкаскадной, R1RгRвых3-го каскада50 Ом, R2RвхкаскадаRн50 Ом, для Ср2, Ом. По формуле 2.4.1 рассчитаем Ср. пФ пФ нс пФ. РТФ КП 468730.001 ПЗЛитМассаМасштабИзЛистNдокум.Подп.ДатаУ СИЛИТЕЛЬ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ ВыполнилВалтеевЛИНИЙ СВЯЗИПроверилТитовСХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯЛистЛистовТУСУР РТФ Кафедра РЗИгр. 148-3Позиция Обозн.НаименованиеКолПримечаниеКонденсат оры ОЖ0.460.203 ТУС1,С12КД-2-130 пФ52С2,С5,C8КД-2-10 пФ53С3,С6 С9,C11КД-2-3,4 нФ54С4,С7 С10,C13КД-2-300 пФ54Катушки индуктивности L1.L2 L3,L4Индуктивность 10 мкГн104Резисторы ГОСТ 7113-77R1,R5 R10,R15МЛТ 0,125-1600 Ом104R2,R7

R12,R17МЛТ 0,125-2400 Ом104R3,R8 R13,R19МЛТ 0,125-43 Ом104R4,R9 R14,R20МЛТ 0,125-91 Ом104R6,R11 R16,R18 МЛТ 0,125-62 Ом104ТранзисторыVT1,VT2 VT3,VT4 КТ371А4РТФ КП 468730.001 ПЗЛитМассаМасштабИзЛистNдокум.Подп.ДатаУ СИЛИТЕЛЬВыполнилВалтеевРАДИОРЕЛЕЙНЫХПров ерилТитовЛИНИЙ

СВЯЗИЛистЛистовТУСУР РТФ Перечень элементовКафедра РЗИгр. 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. Список использованных источников 1. Титов А.А. Упрощенный расчет широкополосного усилителя Радиотехника. 1979. 6. 2. Титов А.А. Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах 3. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности СправочникА.А. Зайцев и др.

Под ред. А.В.Голомедова М. Радио и Связь, 1989.Ил. 4. Мамонкин И.П. Усилительные устройства Учебное пособие для вузов М.Связь,1977 5. Титов А.А. Расчет межкаскадной согласующей цепи транзисторного полосового усилителя мощности. Электронная техника, СВЧ-техника. Вып.1475,2000