Материал: Расчет группового усилителя систем передачи

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.

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

УД23:

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.

УД22:

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 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).

.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: w_ос и w’_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.

.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 /n²h_тр,

R_ш = R_вх.тр*n²h_тр,

где R_вх.тр = r = 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+bк) » K/b = 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:

R₁£1/(2*p*C_вх.ОУ*2*f_1тип) = 1/(6,28*3*10^-12*2*20*10⁶) = 1,326 кОм.

C_вх.ОУ = 3¸4 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 ³ 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:

,

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. = (5¸10) i _бо.ок. = 8 i _бо.ок. = 8*0,3*10^-3 = 2,4 мА.¢¢_б = (Е _п - U _ко.ок. + U _бо.ок.) /i _дел = (22 - 17 + 0,784)/ 2,4*10^-3 = 2,41кОм.¢_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 ³ 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 _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

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..

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