Модернизация сетей проводного вещания

 

Uвых m = √2*6  = 8.49      В,

 

Eп = 2*8.49 + 2 + 5 = 23.98     В.

 

Величину  напряжения питания округляем до большего значения и выбираем необходимое  из ряда напряжения питания.

Ряд напряжения питания

Eп, В        5    6    9    12    15    24    30    48    100    150

 

Выбираем  напряжение питания равным   Eп = 24 В.

 

РАСЧЕТ  И ВЫБОР ТРАНЗИСТОРОВ

     Для выбора транзисторов необходимо  выполнить следующие действия:

Расчет  тока на нагрузке

   Ток  на нагрузке вычисляем по формуле  3 [13]:

 

Iн = Uвых /Rн,                                              (3) 

 

Где:

Iн ― ток, протекающий через нагрузку,

Uвых ― выходное напряжение,

Rн ― сопротивление нагрузки,

Определяем  максимальную амплитуду выходного  тока:

 

Iвых m = * Iн,                                          (4)

 

                                        Iвых m = *0.067 = 0.095   А.

 

Расчет  мощности, рассеиваемой на нагрузке

Мощность, рассеиваемая на нагрузке, определяется по формуле [13]:

 

Pн = Iн * Uвых ,                                       (5)

 

Pн = 0.067*6 = 0.4   Вт.

 

Максимальную  амплитуду мощности, рассеиваемой на нагрузке, находим следующим образом:

Pн m = Iвых m * Uвых m ,                                 (6)

                                           Pн m = 0.095*8.49 = 0.81    Вт.

 

Расчет  мощности, рассеиваемой на транзисторе

    Определяем  мощность, рассеиваемую на транзисторе,  учитывая схему защиты по току  выходного каскада в режиме  короткого замыкания:

 

Pтр max защ = Eп * Iогр,                              (7)

 

 Где  Iогр ― ток ограничения в схеме защиты, составляющий

Iогр = (1.1...1.3)Iвых m,

 

Iогр = 1.2 * 0.095 = 0.114    А,

 

Pтр max защ = 24*0.114 = 2.736    Вт.

 

Выбор транзисторов  оконечного каскада

Выбираем  транзисторы  оконечного каскада, учитывая следующие параметры [13]:

Pк max ≥ Pтр max защ,

 

Iк max ≥ Iвых m,

 

Uкэ ≥ 2*Eп,

 

Pк max ≥ 2.376   Вт,

 

Iк max ≥ 0.095 А,

 

Uкэ ≥ 48 В.

В оконечном  каскаде  выберем транзисторы

   VT1 ― n-p-n проводимости ― КТ815Б

   VT2 ― p-n-p проводимости ― КТ814Б

Параметры транзисторов показаны в таблице 2.

 

Таблица 2     Параметры транзисторов

Наимен	тип	Uкбо(и),В	Uкэо(и), В	Iкmax(и), мА	Pкmax(т), Вт	h21э	Iкбо,  мкА	fгр., МГц	Uкэн,  В
КТ815Б	p-n-p	40	25	1500(3000)	1(10)	40-275			<0.6
КТ814Б		50	40	1500(3000)	1(10)	40-275			<0.6

 

Входной ток транзистора VT1(VT2) найдем, учитывая его коэффициент передачи тока h21э = 40

 

I1(2)вх m = I вых m/h21э  ,                                      (8)

 

I1(2)вх m = 0.095/40 = 0.0024 А.

 

    Выбор транзисторов предоконечного  каскада

Транзистор предоконечного каскада  выбираем по его выходному току, который является одновременно и  входным током транзистора VT1(VT2) оконечного каскада:

Iпред.вых m = I1(2)вх m,                                   (9)

 

Iпред.вых m = 2.4   мА.

 

Учитывая  параметры   Iк max ≥ Iпред.вых m  выбираем транзисторы предоконечного каскада

               n-p-n проводимости ― КТ815Б

               p-n-p проводимости ― КТ814Б

Так как  коэффициент передачи тока транзистора  предоконечного каскада h21э = 40 , то его входной ток будет:

 

   Iпред.вх m = Iпред.вых m/ h21э ,                            (10)

 

Iпред.вх m = 2.4/40 = 0.06   мА.

 

Выходной  ток операционного усилителя  К154УД1

Определим выходной ток операционного усилителя  К154УД1

 

IОУ вых = U2m/R2н ,                                    (11)

 

  ,где U2m max = 11 В ― наибольшая амплитуда выходного напряжения

R2н min = 2 кОм ― наименьшее сопротивление нагрузки

 

IОУ вых = 11/2000 = 0.0055     А,

 

Должно выполняться  условие:

 

IОУ вых > Iвх m,                                        (12) 

где   Iвх m ― входной ток выходного каскада,

 

Iвх m = Iпред.вх m = 0.06   мА.

 

 Так  как выходной ток операционного  усилителя IОУ вых = 5.5 мА может обеспечить входной ток оконечного каскада   I1(2)вх m=2.4 мА, упрощаем схему выходного каскада, убирая предоконечный каскад.

 

ВНЕШНЯЯ КОРРЕКЦИЯ  НАПРЯЖЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ

Для того чтобы сделать выходное напряжение равным нулю, необходимо подать на вход операционного усилителя некоторую  разность напряжений. Эта разность напряжений называется напряжением  смещения нуля Uсм. Оно составляет обычно несколько милливольт и во многих случаях может не приниматься во внимание. Когда этой величиной пренебречь нельзя  она может быть сведена к нулю. Поэтому во многих интегральных операционных усилителях предусмотрены специальные клеммы.  После устранения напряжения смещения нуля остаются только его возможные изменения в зависимости от времени, температуры и напряжения питания.

Выше  была описана внутренняя компенсация  напряжения смещения нуля на операционном усилителе.

В данном задании необходимо предусмотреть  внешнюю коррекцию нуля.

Так как  используется  только один вход усилителя (инвертирующий), то к другому входу  приложим постоянное напряжение 15 В  и тем самым скомпенсируем  напряжение смещения нуля.

К выводу 3 микросхемы К154УД1 подключим потенциометр   RP1 = 100 кОм и для удобства установки малых напряжений дополнительно поставим делитель напряжения, состоящий из R2 = 300 кОм, R3 = 1.8 кОм, R4 = 150 Ом.

 

 

 

 

 

                              R2            R3

     RP1                              

                                            R4

 

 

Схема коррекции  напряжения смещения Рисунок 15

 

ЗАЩИТА  ВЫХОДНОГО КАСКАДА

  Для защиты  по току выходного каскада  в режиме короткого замыкания  воспользуемся схемой, приведенной на рисунке 16.

Схема защиты выходного каскада. Рисунок 16

 

VT 1― транзистор    

                выходного каскада, VT 3 ― защитный транзистор,

                Rогр ― сопротивление ограничения, Rн ― сопротивление  

                нагрузки

Для защиты выходного каскада использовались транзисторы [13]

              VT 3 ― n-p-n проводимость ― КТ315А

              VT 4 ― p-n-p проводимость ― КТ361А

Параметры транзисторов показаны в таблице 3.

 

Таблица 3     Параметры транзисторов

Наимен	тип	Uкбо(и),В	Uкэо(и), В	Iкmax(и), мА	Pкmax(т), Вт	h21э	Iкбо, мкА	fгр., МГц	Uкэн, В
КТ315А	n-p-n	25	25	100	0.15	30-120			-
КТ361А		25	25	100	0.15	20-90			-

 

Величина  сопротивления ограничения находится  по формуле 14

 

Rогр = Uбэ/Iогр,                                       (14) 

где Uбэ ― напряжение база-эммитер, для кремниевых транзисторов  равное 0.6 В, Iогр ― ток ограничения

Rогр = 0.6/0.114 = 5.3   Ом.

 

ВЫБОР СОПРОТИВЛЕНИЙ

Сопротивление обратной связи должно удовлетворять  условию

 

R6 £ Uвых max*0.01/I ОУ вх,                              (15)    

    

где  I ОУ вх ― входной ток операционного усилителя

I ОУ вх = I1 = 40 нА,

 

R6 = 8.49*0.01/40*10 = 2.12 Мом.

 

Сопротивление обратной связи R6 не должно превышать предельного значения 2.12 МОм. Из ряда Е2 сопротивлений выбираем    сопротивление R6 = 180 кОм с точностью ± 5 %.

Учитывая  коэффициент усиления схемы К = 90, найдем сопротивление R1:

 

К = R6/R1  ,                                                   (16)

Отсюда,  R1 = R6/К,

R1 = 180*10³/90 = 2*10³.

Выбираем  сопротивлене R1= 2 кОм.

Для точного  усиления (К = 90) поставим в цепи обратной связи регулируемый резистор R5 = 10 кОм, с помощью которого будем устранять отклонения от номиналов сопротивлений R1 и R6.

В качестве межкаскадной связи поставим, учитывая паспортные данные микросхемы К154УД1, сопротивление R7 = 2 кОм.

В схеме защиты выходного каскада поставим сопротивления  граничения R8 = R9 = 5.6 Ом.

Нагрузкой усилителя является сопротивление  R10 = 90 Ом.

 

ПОГРЕШНОСТИ ВЫПОЛНЕННЫХ ОПЕРАЦИЙ

   В зависимости от выполняемых  функций требования предъявляемые  к  операционным усилителям  различны но в любых случаях  важно уменьшать погрешность  выполненной операции и увеличивать  быстродействие упрощать схемы  операционных усилителей и повышать  их надежность.

 

Рассчитаем  следующие погрешности:

Приведенная погрешность линейности [13]

dл = 2Uбэ/bКD Uвых max,                               (17)  

где  Uбэ ¾ напряжение база-эммитер равное 0.6 В

КD ¾ коэффициент усиления операционного усилителя К154УД1

 

КD=150*10³

b ¾ коэффициент обратной связи

 

b=1/К ,                                                    (18)

 

 К ¾ коэффициент усиления схемы К=90

b=1/90=0.011,

dл = 2*0.6/0.011*150*10³*8.49=0.0000856=0.0856*10ˉ³=0.00856%.

Приведенная погрешность в схеме смещения [13]

 

dсм = Uсм*К/Uвых max,                                  (19)   

где Uсм ¾ напряжение смещения нуля Uсм =5 мВ

dсм = 5*10ˉ³*90/8.49 = 0.053 = 53*10ˉ³=5.3%,

Приведенная погрешность в цепи входного тока

 

di =iвх*Rос/ Uвых max,                                   (20) 

     

где     iвх ¾ входной ток микросхемы  К154УД1 ,

  I1 = 40 нА

Rос ¾ сопротивление обратной связи,

 Rос = R6 = 180 кОм,

di = 40*10ˉ⁹ *180*10³ /8.49 = 0.848*10ˉ³=0.0848%.

 

Приведенная погрешность, вызванная синфазной  составляющей

 

dс = 1/Ко.с.с.,                                          (21) 

             

где  Ко.с.с. ¾ коэффициент ослабления синфазных входных сигналов

 

                             Ко.с.с. = Ксф = 80 дБ = 10000,

 

dс = 1/10000 = 0.0001 = 0.1*10ˉ³=0.01%.

 Приведенная  погрешность за счет коэффициента  усиления [13]:

 

dк = К/КD                                             (22)

 

dк = 90/150*10³ = 0.6*10ˉ³=0.06%,

Максимально возможная погрешность усилителя

 

dус = dл + dсм + di + dс + dк ,                            (23) 

 

dус = 0.0856*10ˉ³ + 53*10ˉ³ + 0.848*10ˉ³ + 0.1*10ˉ³ + 0.6*10ˉ³ =

= 54.6336*10ˉ³,

dус » 5.46 %.

С учетом схемы  коррекции напряжения смещения:

 

dус = dл + di + dс + dк ,                               (24)

 

dус = 0.00856% + 0.0848% + 0.01% + 0.06% = 0.16336%.

 

ВЫВОДЫ

В данной главе был рассчитан усилитель с коэффициент усиления напряжения равный 90. Данный усилитель поставленной задаче удовлетворяет.  

3. Расчет линий Проводного Вещания.

3.1 Расчет ВЧ коррекции по 2 и  3 программе.

Высокочастотная обработка ТП заключается в создании согласованного режима работы МФ. В  результате высокочастотной  обработки  входное сопротивление ТП доводится  до волнового сопротивления МФ. В  зависимости от степени обработки  и количества РФ, а также от материала  проводов и плотности нагрузки суммарное  сопротивление всех РФ на несущих  частотах 78 и 120 кГц каналов системы  ТПВ может иметь различные  значения, которые с помощью  подключения  добавочных комплексных сопротивлений  Z_д   приводятся к одной из номинальных нагрузок 50 или 35 Ом. Измерение комплексных сопротивлений и емкостей кабельных вводов производится с помощью специальных приборов (ИКС, ВИГ-3), либо мостами переменного тока. Емкости кабельных вводов компенсируем с помощью устройства УПТП-3.

Мной  был рассмотрен участок ЦСПВ –  ТП ЭГ, протяженность которого составила 5 600м, использовался биметаллический провод сечением 0,4мм.

 

2.  Порядок обработки ТП “ЦСПВ”