Скачать: lekcii-analogovye-sistemy.zip [557,98 Kb] (cкачиваний: 5)  

Аналоговые системы передачи

Аналоговые системы передачи, или системы передачи с ЧРК– это системы, в линейном спектре которых каждому каналу отведены не перекрывающиеся диапазоны частот.

Аналоговые системы передачи используют для уплотнения кабельных и радиорелейных линий связи. Такие системы позволяют передавать различные виды информации по стандартным КТЧ, либо групповым трактам с достаточным качеством. Эти системы имеют высокую технологичность обслуживания и надёжность. АСП строят по принципу группообразования с многократным преобразованием частоты.

КАНАЛО ОБРАЗУЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ предназначено для переноса исходных сигналов, занимающих полосу (0,3….3,4)КГц в спектр стандартных групп (от первичной до пятеричной)

q КО систем различной ёмкости содержит не все типы оборудования формирования стандартных групп.

q КО может состоять только из оборудования формирования первичных групп, либо первичных и вторичных, либо первичных, вторичных и третичных и так далее.

q КО обычно реализовано на стандартных стойках.

ОБОРУДОВАНИЕ СОПРЯЖЕНИЯ предназначено для переноса спектров стандартных групп в определённый для данной системы передачи линейный спектр. Оборудование сопряжения различных систем индивидуально. Основным узлом оборудования сопряжения является преобразователь частоты. При этом преобразование осуществляют одну ступень, если спектр группы не совпадает хотя бы частично с линейным, либо в две ступени, если спектры хотя бы частично перекрываются.

ОКОНЕЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА предназначено для создания наилучших условий прохождения линейного спектра сигнала. В его состав входят: усилители, линейные корректоры, АРУ, ООЛТ.

Каналообразующее оборудование.

Его основными элементами являются преобразователи частоты(модуляторы) и фильтры, в том числе и канальные. Ширина спектра речевого сигнала распространяется до 20кГц, а информационная его часть лежит в диапазоне 0.3…3.4кГц.

Канальный фильтр передачи выполняет две функции: подавляет ненужную боковую и формирует эффективно передаваемую полосу с шириной 3.1кГц. КПФ на приёме служит для выделения из группового сигнала соответствующего канального с шириной 3.1кГц.

Выбор частотного диапазона между спектрами соседних каналов зависит от качества применяемых полосовых фильтров. Современные ПФ обеспечивают качественное разделение каналов с полосой расфильтровки от 500 до 900Гц, поэтому ширина канального интервала во всех системах передачи ∆f_К=∆f_С⁺∆f_Р=3.1+0.9=4кГц. Значит, для того, чтобы обеспечить сдвиг частот между канальными интервалами 4кГц, необходимо, чтобы несущие, подаваемые на соседние модуляторы, отличались на 4 кГц.

Двенадцатиканальная стандартная первичная группа (ПГ).

Громоздкость, сложность и стоимость оборудования систем передачи обычно определяются оборудованием формирования первичных групп. Ширина спектра первичной группы ∆f_ПГ=4*12=48кГц. Выбор местоположения группы определяется сложностью выполнения группового усилительного оборудования, канальных полосовых фильтров, а также уровнями шумов нелинейных переходов. Еслиf_в/ f_н>2, то получается огромный диапазон частот. Поэтому делают fв/ fн<2. В диапазоне 60…108кГц выполняется соотношение fв/fн<2, значит могут быть применены простые усилители. Нелинейные продукты (все паразитные гармоники, а также комбинационные продукты) не совпадают со спектром первичной группы.</sub>

Основной недостаток такого способа в том, что канальные ПФ реализованы на кварцевых резонаторах. Поэтому для уменьшения стоимости индивидуального оборудования используют второй способ формирования первичной группы. Здесь её получают в две ступени, на первой из которых из 12 КТЧ формируют 4 стандартных трёхканальных предгруппы в диапазоне 12-24кГц. На второй ступени получают собственно первичную группу, объединяя предгруппы.

При этом способе на первой ступени могут быть использованы LC фильтры, так как относительная полоса расфильтровки0,6/20=0,03>0,02. Фильтры на второй ступени ещё проще, так как абсолютная полоса расфильтровки 24/120=0,2>>0,02.

Достоинства второго способа:

1.) Применение простых канальных фильтров.

2.) Однотипность и взаимозаменяемость оборудования и его удешевление в условиях конвейерного производства. Оборудование преобразования на первой ступени для 1,4,7 и 10 каналов одинаково и т.д.

3.) Удешевление генераторного оборудования, так как число несущих уменьшено с 12 до 7.

Недостаток:

Некоторое увеличение нелинейных шумов за счёт двух ступеней преобразования, а значит снижение надёжности.

Формирование вторичной группы.

Вторичная группа формируется из пяти первичных групп с помощью одной ступени преобразования, имеет ширину Df_ВГ=240кГц. Занимаемая полоса частот: 312…552кГц. Может быть сформировано 2 варианта спектра вторичной группы – основной и инверсный.

Полосовые фильтры первичных групп, реализованные на LC элементах, имеют ширину полосы пропускания 48кГц. В основном варианте он фильтруют НБП, а в инверсном ВБП.

Формирование третичной группы.

(812 – 2044кГц).

Для решения задачи разделения вторичных групп на приёме и их выделения на промежуточных пунктах между объединяемыми группами делают защитный интервал шириной 8кГц.Ширина полосы частот третичной группы 1232кГц. В зависимости от того, какие вторичные группы мы используем для создания третичной, мы получим группу либо в прямом, либо в инверсном варианте.

Формирование четверичной группы.

8546 – 12388кГц.

Образуется из трёх третичных групп. Частотный промежуток между объединяемыми группами 88кГц.

Стандартное каналообразующее оборудование.

Стандартизация каналообразующего оборудования упрощает и удешевляет, позволяет выделить стандартные группы в промежуточных пунктах. Стандартное оборудование формирования первичных, вторичных и третичных групп располагается на отдельных стойках шкафного типа со съёмными панелями. Стойки индивидуальных преобразователей предназначены для формирования первичных групп. Они выпускаются в модификациях СИП-60, СИП-ГО-120, СИП-144 СИП-ГО-252-3Г, СИП300. Различные модификации оборудования формируют соответствующее число первичных групп: СИП300 формирует 25 первичных групп, СИП-ГО-252-3Г формирует 21 первичную группу, СИП-144 формирует 12 первичных групп. Оборудование, содержащее ГО формирует все номиналы несущих частот для первичного преобразования. Стойки первичных преобразователей служат для формирования вторичных групп. Стойка вторичных преобразователей формирует из вторичных групп третичную группу СВП-8ТГ.

Оборудование сопряжения.

Выбор линейного спектра зависит от тока используемой направляющей системы НС.

А.) При использовании симметричного кабеля нижняя граничная частота линейного спектра не должна быть менее 12кГц, а верхняя должна быть не более 260кГц. На частотах ниже 12кГц кривизна частотной характеристики становится значительной кривизна частотной характеристики километрического затухания кабеля, что усложняет коррекцию линейных искажений.

В области ниже 12кГц значительна величина реактивной составляющей волнового сопротивления, что ухудшает согласование выхода системы передачи со входом в кабель. Кроме того, перенос линейного спектра в область более низких частот увеличивает относительную ширину спектра, что усложняет конструкцию линейных усилителей. На частотах выше 260кГц значительно возрастает затухание кабеля, что приводит к уменьшению длины усилительного участка.

При увеличении частоты сигнала появляется входное затухание между парами внутри кабеля, что приводит к увеличению помех линейных переходов, то есть помех от других систем, работающих по одному кабелю. Значит, в симметричном кабеле можно организовать систему с числом каналов не более 60. В настоящее время используется система К–60П.

Б.)Если использовать коаксиальный кабель, то при частотах ниже 60кГц снижается поверхностный эффект, что приводит к снижению помехозащищённости от внешних помех, поэтому в системах передачи с числом каналов менее 300 нижняя граничная частота выбрана равной 60кГц. Если число каналов более 300, то линейный спектр расположен в диапазоне выше 300кГц. Верхняя граничная частота определяется числом каналов.

В.) ВЛС организуют либо с использованием стальных цепей, либо с использованием цепей из стальных металлов.

Стальные линии уплотняют до 30кГц (например, система В-3-3).

Цепи из цветных металлов уплотняют в диапазоне до 150кГц (система В-12-3), так как в более высоком диапазоне работает затухание линии, кроме того значительно влияние радиостанций и влияние между системами, работающими по параллельным цепям.

Назначение оборудования сопряжения.

Оборудование сопряжения предназначено для преобразования спектра частот с выхода стандартного каналообразующего оборудования в определённый для данной системы линейный спектр. Если спектр стандартной группы не перекрывается с линейным, то в оборудовании одна ступень преобразования. Если спектр стандартной группы хотя бы частично перекрывается с линейным, то оборудование сопряжения содержит две ступени преобразования. Оборудование сопряжения различных систем отличается, так как различны их линейные спектры. Например, разработаем спектральное преобразование системы В-12-3, если формируется линейный спектр до станции Б36..84кГц.

Вывод: если использовать одну ступень преобразования, то из-за не идеальности преобразования частоты в полосу пропускания фильтра, формирующего сигнал с ОБП кроме полезного сигнала будет поступать часть не преобразованного исходного сигнала, что приведёт к возникновению помех в каналах. При использовании двух ступеней преобразования сигналы на входах и выходах преобразователя обоих ступеней значительно отличаются друг от друга и не попадают в полосу пропускания полосовых фильтров.

Аппаратура сопряжения оконечной станции систем с ЧРК.

Для системы К-60П стандартный спектр вторичной группы занимает полосу 312…552кГц. Оборудование сопряжения содержит одну ступень преобразования.

Для преобразования сигнала на передаче и приеме обязательно используют одинаковую несущую. Удлинители в схеме служат для развязки, то есть согласования по сопротивлению предыдущих блоках. Фильтр-пробка ограничивает спектр частот, подавляя шумы в верхнем диапазоне. Усилитель с АРУ усиливает уровень стандартной вторичной группы до номинального уровня с использованием контрольной частоты вторичной группы 411…86кГц. Оборудование сопряжения системы К-60 расположено на стойке групповых преобразователей СГП.

Рассмотрим в качестве примера оборудование сопряжения системы К-1920.

Линейный спектр системы образуется из 6 третичных групп и двух вторичных.

ОС этой системы позволяет вместо группы каналов, состоящих из шести вторичных групп организовать канал телевидения и 3 канала звукового вещания, один из которых используют в качестве канала сопровождения.

Основные узлы аналоговых систем передачи.

Преобразователи частоты – модуляторы.

ПЧ различают:

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ – преобразуют спектр частот одного канала.

ГРУППОВЫЕ – преобразуют группу каналов.

Также ПЧ бывают активные (построенные на транзисторах) и пассивные (в качестве активного элемента используют диоды). По числу используемых активных элементов различают однотактные, двухтактные, балансные, двойные балансные или кольцевые.

Рабочее затухание преобразователя частоты.

,

где P_wc-мощность, которую источник сигнала может отдать в согласованную нагрузку. P_w+-wc-мощность сигнала боковой верхней, либо нижней боковой полосы, выделяемой в нагрузке.

АЧХ затухания - это зависимость рабочего затухания от частоты преобразуемого исходного сигнала.

Амплитудная характеристика – это зависимость рабочего затухания от уровня входного сигнала.

Считают, что преобразователь частоты не вносит нелинейных искажений, если на его выходе присутствуют только комбинационные продукты второго порядка (верхние и нижние боковые при частоте несущего колебания). Количественно нелинейные искажения оценивают затуханием нелинейности по соответствующему комбинационному продукту.

Требования, предъявляемые к преобразователям частоты.

1.) Наименьшее рабочее затухание.

2.) Стабильность рабочего затухания при изменениях напряжений несущего колебания, температуры и т.д.

3.) Число паразитных продуктов на входе должно быть минимальным, а их амплитуды значительно меньше величины полезного сигнала.

4.) Преобразователь должен обеспечивать подавление несущего колебания и его гармоник, а также исходного сигнала на выходе.

5.) Основной особенностью режима работы нелинейных элементов в преобразователе является то, что U_{wнес Uwсигн, кроме того K=Uwнес/Uwсигн=10² – 10³. Это обеспечивает ключевой режим работы нелинейного элемента.}

Анализ работы простейшего однотактного

преобразователя частоты.

Для того чтобы перейти к эквивалентной схеме, обозначим:

На выходе простейшего преобразователя частоты получается амплитудно модулированный сигнал, который содержит в спектре все гармоники несущего колебания nw_н (где n=1,2..), а также в спектре присутствует исходный сигнал и боковые при нечётных гармониках несущей частоты. (2К+1)w_н+-w_с.

Недостатки схемы:

1.) Большое рабочее затухание, так как сигнал схемы присутствует только при положительной полуволне несущего колебания.

2.) 2.) Большое число паразитных продуктов.

3.) На выходе схемы присутствует мощный сигнал с частотой несущего колебания, не несущий полезной информации.

Достоинства Простота исполнения.

Балансный преобразователь частоты

(двухтактная схема).

Диоды Д1 и Д2 включены согласованно по отношению несущего колебания, то есть при положительной полуволне несущего колебания оба диода открыты, а при отрицательной полуволне оба диода закрыты. Ток, создаваемый источником несущего колебания, протекает по двум параллельным ветвям.

Схема сбалансирована относительно несущего колебания, а значит в нагрузке протекает ток с частотой исходного сигнала в положительные полупериоды действия несущего колебания.

Достоинства:

Отсутствие несущего колебания и его гармоник при идеальном балансе схемы.

Недостатки:

Большое рабочее затухание.

Двойной балансный преобразователь частоты.

Рассмотрим два режима работы.

В кольцевой ПЧ ток присутствует в нагрузке при любой полярности несущего сигнала, но при этом фаза его меняется на противоположную. Огибающая выходного сигнала – это две огибающих исходного сигнала в противофазе. В спектральной составляющей такой схемы будут только боковые при нечётных гармониках несущего колебания, , а частоты исходного сигнала и самих несущих будут отсутствовать. Рабочее затухание такой схемы составляет 4дБ. Кольцевой преобразователь частоты имеет наименьшее число паразитных составляющих на выходе, но схема значительно сложнее и требует баланса между четырьмя плечами. Поэтому в МСП в качестве индивидуального преобразователя частоты применяют балансные схемы, а в качестве групповых – кольцевые преобразователи.

Генераторное оборудование АСП.

Что требуется: Перенос первичных сигналов по шкале частот и объединение их на передаче, а так же обратные преобразования на приёме АСП осуществляют с помощью переносчиков (несущих колебаний). Синтез гармонических несущих колебаний осуществляет генераторное оборудование, кроме того оно создаёт контрольные частоты для работы систем АРУ, а так же сигналы СУВ. Эти синтезированные колебания должны удовлетворять следующим требованиям:

1.)Высокая стабильность частоты и напряжения.

2.)Высокая помехозащищённость.

3.)Надёжность.

В аналоговых системах предъявляют очень жёсткие требования к стабильности частот, так как на передаче выбран способ ОБП без несущей, которая должна быть восстановлена на приёме.

На станции А исходный сигнал преобразуется в канальный с применением несущих колебаний, формируемых генераторным оборудованием передачи. Преобразователь частоты и полосовой фильтр формируют сигнал с ОБП, например, с верхней f_нес+f_сигн. В пункте Б канальный ПФ произведёт селекцию каналов, а преобразователь частоты восстановит сигнал на приёме. На выходе преобразователя частоты будут образованы верхняя и нижняя боковые полосы: ВБП (f_н+f_c)+(f_н±Δf_н); НБП (f_н±Δf_н) - (f_н+f_c)= f_c±Δf_н. На выходе ФНЧ мы получим исходный сигнал, а так же разность между несущими частотами передатчика и приёмника. Если Δf_н не превышает 1,5Гц, то такой сдвиг частот не заметен на слух и по каналу связи может работать аппаратура вторичного уплотнения (передача данных и телеграфия). Искажения при сдвиге частот становятся заметны при передаче сигналов вещания и передачи данных. Именно эти виды информации и определяют требования к допустимому сдвигу частот в канале. Таким образом, ГО должно обеспечить синтез совокупности высоко стабильных несущих частот со сдвигом не более 1,5Гц. Так как сдвиг частот обусловлен нестабильностью генераторного оборудования передатчика и приёмника, то, соответственно, каждому генератору предъявляются требования Δf_н≤0,5Гц.

Основной качественный параметр работы генератора – это коэффициент относительной нестабильности. , где ∆f – относительная нестабильность, f_ном – номинальная частота.

У обычныхLC генераторов относительная нестабильность составляет 10^-4_÷10^-3_.

Принцып построения ГО АСП.

В системах используют групповой принцип построения ГО. При этом создаётся дорогой и стабильный задающий генератор, а Δf_ном получают с помощью умножителей.

В качестве ЗГ обычно используется кварцевый резонатор. Схема его помещается в термостат, где поддерживается постоянная температура и создаётся жёсткая стабилизация напряжения питания резонатора.Однако создать кварцевый резонатор с частотой 4кГц почти не возможно. Обычно f_ЗГ=128кГц, а частота 4кГц получается в результате деления.

Δf_ЗГ - абсолютная нестабильность задающего генератора.

f_ЗГ=128+ Δf_ЗГ; f_4кГц= f_ЗГ/32=4±.В результате деления Δf_ЗГ/32 стабильность сигнала с частотой 4кГц повысилась в 32 раза. Если в качестве несущего колебания мы будем использовать m – ю гармонику f_m =f₄:m±(mΔf_ЗГ)/32. Следовательно при увеличении порядка нелинейности выбранной гармоники, её нелинейность снижается.

Умножители частоты

(генераторы гармоник).

В системах передачи используется два вида генераторов гармоник.

1 Усилитель, работающий в режиме «отсечки».

Если в делителе напряжения убрать сопротивление R1, то i_б=0, и рабочая точка сместится вниз и усилитель будет работать в режиме отсечки, то есть на выходе переменная составляющая будет присутствовать только при первой полуволне исходного сигнала. Выход такого усилителя содержит гармоники основной частоты, амплитуда которых уменьшается с ростом их порядка.

Достоинство: простота. Недостаток: на выходе такого генератора можно устойчиво выделить гармоники, не превышающие 10f_зг. На выходе такого генератора можно получить большое число гармонических составляющих с приблизительно одинаковыми амплитудами, если сформировать импульсы одинаковой формы.

Генератор гармоник с нелинейной катушкой.

Сердечник дросселя L2 выполнен из пермолоя, или оксифера, то есть материала с прямоугольной петлёй гистерезиса. Сопротивление L2 зависит от величины протекающего по ней тока, то есть при малых токах сопротивление катушки велико, а в режиме насыщения мало. КонтурL1C1выполняет функцию фильтра, настроенного на f_ЗГ.

Еслиi_вх не превышает порога насыщения катушки, то её сопротивление будет велико и малый ток сигнала проходит сопротивление нагрузки, заряжая конденсатор. При достижении порога насыщения малое сопротивление катушки шунтируется конденсатором и он быстро разряжается. При этом получаются двухполярные импульсы, содержащие в спектре нечётные гармоники. Для получения чётных гармоник используют двухполупериодный выпрямитель. Такой генератор синтезирует частоты с порядком нелинейности до 60 гармоник.

Усилители АСП.

Усилитель – это устройство, преобразующее энергию источников в энергию полезного сигнала.

Усилители могут быть индивидуальными, групповыми и вспомогательными.

Индивидуальный усилитель предназначен для усиления сигнала отдельного канала. Диапазон рабочих частот усилителя определяется эффективной передаваемой полосой частот Δf=3,1кГц. Групповой усилитель служит для одновременного усиления многих независимых каналов. Ширина рабочей полосы частот такого усилителя определяется числом усиливаемых каналов. Вспомогательный усилитель усиливает сигналы несущих колебаний, контрольных и вызывных токов, то есть сигналов с одной частотой (узкополосные или резонансные фильтры).

Параметры усилителей.

Величина К_Н зависит от уровня сигнала на выходе каждого канала и числа каналов.

Максимальная неискажённая мощность усилителя может быть рассчитана по формуле:

η – коэффициент надёжности. Он показывает какая часть выходной мощности усилителя сохранится на выходе усилителя к концу его службы. Р_вых – уровень на выходе усилителя, установленный по одному из каналов с учётом того, что на выходе других каналов уровень одьнаков. ∆Р_t– максимальное отклонение уровня во времени. ∆Р – величина, учитывающая вероятность искажения максимума мгновенных напряжений от отдельных каналов.

АЧХ – амплитудно частотная характеристика – это зависимость коэффициента усиления от частоты. АЧХ усилителя напоминает резонансную кривую.

f₀ – квазирезонансная частота усилителя. Диапазон частот усилителя, на краях которого коэффициент усиления снижается в раз называется полосой пропускания усилителя.

В идеальном усилителе амплитудная характеристика прямолинейна, а её наклон определяется коэффициентом усиления.

В реальном усилителе при отсутствии сигнала на его входе на выходе будет сформировано U_выхmin, обусловленное собственным шумом усилителя. При подаче на вход усилителя большого напряжения усилительный элемент переходит в режим насыщения, следовательно коэффициент усиления будет уменьшаться и возникнут нелинейные искажения. По амплитудной характеристике можно определить динамический диапазон усилителя.

В технике связи применяют другую амплитудную характеристику – зависимость усиления от выходного уровня усилителя., а так же нормируют максимальное отклонение усиления при достижении в нагрузке максимального выходного уровня. Так же в технике связи нормируют максимальное отклонение усиления при достижении в нагрузке максимума. Нормируется отклонение от нелинейности характеристики. В усилителях с большими нелинейными искажениями обычно нелинейность расценивают коэффициентом гармоник.

В усилителях с малыми нелинейными искажениями расчитывают затухание нелинейности при достижении в нагрузке мощности первой гармоники 1мВт.

Наибольший выходной уровень сигнала, при котором затухание нелинейности снижается до минимально допустимого значения соответствует максимуму неискажённой мощности усилителя. Требования, предъявляемые к нелинейности групповых усилителей обычно значительно жестче, чем у индивидуальных с тем, чтобы не допустить взаимных переходов между каналами.

Входное и выходное сопротивление усилителя.

Вход и выход усилителя должны быть согласованны с предыдущими и последующими блоками системы, так как при наличии несогласованности возникают амплитудно-частотные искажения линейного тракта, а отражённые волны увеличивают затухание полезного сигнала. Степень несогласованности оценивается коэффициентом несогласованности.

или затуханием несогласованности:

Собственные шумы усилителя.

Электрические колебания в нагрузке усилителя при отсутствии сигнала на его входе называются собственной помехой.

Причины собственной помехи:

1.) Собственный шум усилительного элемента.

2.) Тепловой шум пассивных элементов усилителя.

3.) Пульсация напряжения источников питания.

4.) Влияние внешних электромагнитных полей на элементы усилителя.

Уменьшить пульсации можно с помощью фильтров питания. Уменьшение влияния внешних полей можно достичь применением экранирования элементов схемы. Тепловые и собственные шумы наиболее существенны и трудно устранимы. И именно они определяют минимально допустимый уровень на входе усилителя.

Каскады усилителя.

Принцып работы усилителя заключается в том, что слабый сигнал управляет потоком энергии, поступающей от источника питания в нагрузку. В усилителях энергия источников питания передаётся в нагрузку по электрической цепи, следовательно, сигнал, подлежащий усилению, должен управлять параметрами какого-либо элемента этой цепи.

Цепь, в которой протекает входной электрический ток, называется входной цепью, а цепь, в которой протекает выходной электрический ток, выходной цепью. Усилительный элемент с входной и выходной цепями называется усилительным каскадом. Усилители МЭС построены по многокаскадной схеме. При этом заданный коэффициент усиления делают таким, чтобы достичь наименьших искажений и минимального уровня шума.

Заданное усиление такого усилителя обеспечивают ПКУ - предварительные каскады усилителя. ВКУ – выходной каскад усилителя обеспечивает передачу в нагрузку неискажённой мощности сигнала. Входная и выходная цепи относятся к входному и выходному каскадам и обеспечивают согласование с нагрузкой. Эти цепи защищают усилитель от опасных напряжений во внешних цепях. Коэффициент усиления по току, напряжению и мощности многокаскадного усилителя равен произведению соответствующих коэффициентов соответствующих каскадов.

К=К₁К₂К₃…..К_N

Суммарное усиление: S=S₁+S₂+S₃+….+S_N

Собственные шумы усилителя возникают в каждом каскаде, но шумы, внесённые первым каскадом усилителя, будут усилены всеми последующими, значит можно считать, что собственный шум усилителя возникает в первом каскаде.

Р_{собств.ш.}=Р_сш1К_∑

Следовательно, первый каскад усилителя делается самым малошумящим. Нелинейные искажения возникают так же во всех каскадах. Но так как уровень сигнала на входе выходного каскада наибольший, то можно считать, что нелинейные искажения в многокаскадном усилителе возникают в последнем каскаде.

RС каскад.

В качестве каскадов предварительных усилителей чаще всего используют RC каскад на биполярном транзисторе. Для получения наибольшего коэффициента по мощности используют схему с общим эмиттером, где усиливается и ток и напряжение.

Делитель напряжения R1 R2 формирует напряжение смещения от источника питания на базу транзистора с тем, чтобы рабочая точка находилась в середине динамического диапазона усилителя. Сопротивление цепи эмиттера служит для стабилизации рабочей точки транзистора. Ёмкость цепи эмиттера устанавливает обратную связь по переменному току. R_К подаёт питающее напряжение на коллектор транзистора и служит для выделения сигнала, усиленного транзистором. Разделительные С_Р1 и С_Р2 преграждают путь постоянному току и источнику сигнала нагрузки. Под действием напряжения Э-Б открывается переход Э-Б и носители зарядов из эмиттерного слоя попадают в базовый, а под действием U_ЭК эти носители попадают на коллекторный переход, формируя ток коллектора, который проходит через нагрузку. ЭДС источника сигнала суммируется с напряжением, формируемым между эмиттером и базой. Следовательно ЭДС сигнала изменяет степень открытия эмиттерного перехода и коллекторный ток будет зависеть от изменения входного сигнала.

Основная часть усиливаемого сигнала находится в области средних частот, где можно пренебречь сопротивлением разделительных конденсаторов.

С уменьшением частоты увеличивается сопротивление разделительных конденсаторов, значит коэффициент усиления уменьшается.

В области высоких частот шунтирующее влияние будет оказывать динамическая ёмкость эмиттерного перехода транзистора, которая шунтирует нагрузку. RC каскад применяют в качестве каскада предварительного усиления вследствие простоты, дешевизны, малых габаритов и хороших частотных характеристик. В качестве выходного каскада усилителя обычно используют трансформаторный каскад усиления.

Трансформаторный каскад усиления.

Достоинство схемы в простоте и точности согласования выходного сопротивления каскада с нагрузкой, а, следовательно, высокий КПД, отсутствие гальванической связи между входными и выходными цепями усилителя.

АЧХ

В области низкой частоты уменьшается индуктивное сопротивление первичной обмотки трансформатора, а значит уменьшается напряжение в выходной обмотке трансформатора. В области верхней частоты растёт реактивное сопротивление индуктивности рассеивания обмоток трансформатора.

Недостаток схемы: громоздкость за счёт применения трансформаторов и необходимость экранирования.

Обратная связь в усилителях.

Обратная связь в усилителях –это передача части усиленного выходного сигнала во входные цепи усилителя. В МСП применяют усилители с глубокой обратной связью.

Достоинства:

1.) Повышение стабильности характеристик усилителей.

2.)Уменьшение нелинейных искажений.

3.)Возможность получения требуемых входных и выходных сопротивлений.

4.)Возможность коррекции амплитудно-частотных искажений.

5.)Повышение помехозащищённости усилителя.

В усилителях с обратной связью различают две цепи:

μ цепь – активная цепь (здесь происходит усиление).

β цепь – пассивная цепь.

Виды обратной связи:

1.)По признаку положительная и отрицательная.

В МСП применяют только глубокую отрицательную обратную связь, так как именно она улучшает все характеристики усилителя.

2.)По способу отбора энергии с выхода усилителя (по току, по напряжению, комбинированная по току и напряжению).

3.)По способу вывода сигнала на вход:последовательная, параллельная, последовательно – параллельная (смешанная).

Для опознания вида ОС по ВЫХ. Применяется метод ХХ и КЗ.

ХХ:при стремлении R_H к бесконечности исчезает ОС по току, но остаётся ОС по напряжению.

КЗ:при R_H=0 исчезает ОС по напряжению, но остаётся ОС по току.

4.)По способу ввода:

Если сопротивление источника сигнала равно нулю, то отсутствует параллельная обратная связь, если сопротивление источника равно бесконечности, то отсутствует последовательная обратная связь.

Коэффициент передачи по замкнутой петле обратной связи в усилителе называется петлевым коэффициентом усиления Т, который определяется при разомкнутой петле обратной связи перед входом усилителя.

Е_ВХ – ЭДС, созданная на входе усилителя пробным источником сигнала.

U_T – возвратное напряжение, определяемое в точке разрыва обратной связи.

Отношение разности между ЭДС на входе и возвратным напряжением называется глубиной обратной связи.

Обратная связь отсутствует, если глубина обратной связи равна 1. Если глубина обратной связи больше 1, то обратная связь отрицательная. Если глубина обратной связи меньше 1, то обратная связь положительная. Если глубина обратной связи не зависит от частоты, то обратная связь называется частотно – независимой, если наоборот, то частотно – зависимой.

Если обратная связьотрицательная, то коэффициент усиления уменьшается, но вместе с тем повышается его стабильность.

Коэффициент усиления усилителя по краям рабочего диапазона уменьшается (кривая 1), значит по краям рабочего диапазона будет уменьшаться и возвратное напряжение, значит будет уменьшаться и глубина обратной связи и коэффициент усиления усилителя с обратной связью будет более равномерным (независимым от частоты).

Отрицательная обратная связь влияет на входное и выходное сопротивление. Сопротивление увеличивается, если применять последовательную обратную связь по току. При комбинированной и смешанной обратной связи важно обеспечить стабильность входного и выходного сопротивлений, что упростит согласование усилителя с внешними цепями. , где - коэффициент гармоник усилителя с обратной связью.

Вывод: отрицательная обратная связь в усилителях улучшает все его качественные показатели за счёт снижения коэффициента усиления. Поэтому необходимо рассчитывать усилители с большим запасом усиления, что приводит к увеличению егокаскада, а при наличии паразитной обратной связи возникает проблема самовозбуддения усилителя.

Линейный тракт систем передачи с частотным разделением каналов.

В состав линейного тракта входят: линия связи, оконечное оборудование линейного тракта и промежуточные усилительные пункты. Для передачи сигнала по длинным линейным трактам необходимо использование усилительных устройств. Так как усилитель – устройство одностороннего действия, то для двусторонней связи строят два усилительных направления. Поэтому линейный тракт может быть либо двухполосным и двухпроводным, либо однополосным и четырёхпроводным.

Так как при однополосной системе и передача и приём осуществляются по одинаковой частоте, то для передачи сигналов в разных направлениях используются две двухпроводные цепи. Такой способ является основным для кабельных линий связи, причём используют в коаксиальном кабеле однокабельную систему.

В симметричном кабеле используют двухкабельную систему.

При двухполосной системе используется одна двухпроводная цепь, по которой осуществляется передача сигналов разных направлений по двум не перекрывающимся спектрам частот.

Для разделения спектров частот встречных направлений в любом пункте используют направляющие фильтры. Обычно это вилка фильтров верхней и низкой частот с одной частотой среза.

Такие системы используют на линиях связи с большим уровнем шумов и значительными переходными влияниями, для систем, работающих по одно-коаксиальному малогабаритному кабелю.

Линейные искажения в линейном тракте систем с ЧРК.

Линейный тракт системы с ЧРК делится на усилительные участки, длина которых зависит от типа системы передачи и используемого кабеля. В конце каждого участка устанавливают усилительный пункт, который может быть либо обслуживаемым, либо необслуживаемым.

Линейный тракт можно представить в виде четырёхполюсника, на вход которого подаётся сигнал.

Для неискажённой передачи необходимо, чтобы в линейном диапазоне частот была идеальная амплитудная характеристика.

Кроме того линейные искажения обусловлены неравномерностью фазовой характеристики.

Если характеристика ГВП зависит от частоты, то возникающие ФЧ искажения также оцениваются неравномерностью: .

Неравномерность амплитудно – частотной характеристики называют линейными искажениями, которые обусловлены наличием реактивных элементов в линейном тракте.

Причины:

1.)Фильтры с реальными характеристиками.

За счёт того, что у фильтров существует полоса расфильтровки, которая частично совпадает с краями рабочего диапазона, то затухание по краям рабочего диапазона в линейном тракте обычно увеличивается.

2.)Зависимость затухания линейной связи от частоты.

Каналы, расположенные в высоком диапазоне частот, получают большее затухание, что снижает их помехозащищённость.

Следствия:

Амплитудно-частотные искажения изменяют тембр голоса и размывают импульсный сигнал, а также уменьшают помехозащищённость. Фазо-частотные искажения также увеличивают длительность импульсного сигнала.

Коррекция линейных искажений осуществляется с помощью постоянных амплитудных корректоров.

Постоянные линейные искажения, вносимые фильтрами, корректируют усилителями с частотно-зависимой обратной связью, позволяющей получить частотно-зависимый коэффициент усиления.

Линейные искажения, вносимые линией связи, распределены по всей длине, то есть складываются из искажений, вносимых каждым усилительным участком. Соответственно, и корректирующие устройства распределяют также по всей длине. Такие устройства называются либо линейными корректорами, либо линейными выравнивателями, которые представляют собой Т–образный четырёхполюсник.

Z1 и Z2 выбраны таким образом, что:

Вэтом случае легко согласовывать линейный корректор как с линией связи, так и с аппаратурой.

R₁₁ и R₂₂ – чисто активные сопротивления.

Z₁₁ и Z₂₂ чисто реактивные сопротивления.

Основное свойство реактивных элементов – наличие резонанса тока и напряжения.

Частота, при которой наблюдается резонанс напряжений, называется полюсом, а частота, при которой наблюдается резонанс токов нулём.

Характеристика затухания:

Для коррекции обычно используют падающие участки характеристики, то есть от полюса до нуля в двухполюснике. Тогда схема линейного тракта будет иметь вид:

При идеальной коррекции линейных искажений с помощью линейных корректоров затухание УУ:

Практически идеальная коррекция не удаётся и существует погрешность коррекции, которую нормируют:

Возникающая погрешность коррекции носит случайный характер и накапливается по длине магистрали. Для коррекции накапливающихся искажений применяют магистральные выравниватели, которые устанавливают через три или четыре усилительных участка. Магистральный корректор представляет собой цепочку последовательно включённых четырёхполюсников, каждый из которых имеет вид:

Различные звенья магистральных выравнивателей отличаются друг от друга резонансной частотой и затуханием А₀, причём возможна их подстройка в зависимости от того, какие зажимы А или В коммутируются между собой. В паспортных данных системы приведены конкретные зависимости затуханий выравнивателей при различных вариантах затуханий зажимов.

Изменением сопротивлений R11 и R22 изменяют величину затухания.

Методика коррекции:

1.) Измеряется АЧХ затухания участка линии связи между соседними магистральными корректорами.

2.) Определяем минимальное затухание участка коррекции. Выбирают частоты, на которых минимально затухание линии, подбирают звенья резонансного выравнивателя с резонансными частотами, близкими к частотам, где затухание минимально и с помощью коммутации зажимов этих звеньев подгоняют эти частоты. Изменяя R11 и R22, формируют затухание этих звеньев, равное Δa1, Δa2, Δa3, Δa4.

Применение магистральных выравнивателей позволит уменьшить погрешность коррекции, но затухание линии большой протяжённости будет представлять сплошную волнообразную линию с погрешностью, превышающей допустимое значение.

Эта погрешность обусловлена не только не идеальностью магистральных и линейных корреляторов, но и за счёт изменения затухания тракта в результате плохого согласования входных и выходных сопротивлений отдельных узлов. Для компенсации этих искажений применяют устройства, затухание которых можно изменять по любому закону. К ним относятся гармонические корреляторы, которые устанавливают на оконечных пунктах, обслуживаемых пунктах через каждые 500 –600м. Рассматриваемый коррелятор состоит из цепочки четырёхполюсников, затухания которых изменяются по синусоидальному или косинусоидальному закону. Соединив их последовательно, можно создать любую характеристику. Каждый из контуров называют «гармоникой».

Основные принципы построения систем АРУ.

Вследствие сезонных изменений, затухания кабеля, нестабильности напряжения питания, старения элементов и других причин изменяется частотная характеристика тракта.

Коррекция нестабильности АЧХ осуществляется с помощью переменных амплитудных корректоров. Переменные корректоры устанавливают на обслуживаемых и необслуживаемых пунктах. Их число велико, и поэтому ими можно управлять только автоматически. Для этого организована система АРУ.

Различают АРУ:

По контрольной частоте и по температуре грунта. В этой системе на оконечной передающей станции в линейный спектр вводят специальные пилот-сигналы (контрольные частоты).

В усилительных пунктах этой системы приёмник контрольного канала выделяет пилот-сигнал из спектра, сравнивает его с эталонным значением и осуществляет регулировку усиления линейного усилителя.

АРУ по контрольной частоте – самая точная система регулировки, так как корректирует все отклонения уровня контрольной частоты. Кроме того, каждый корректор может компенсировать погрешности регулировки на предыдущих пунктах.

Недостаток системы в сложности и дороговизне оборудования НУП. А так же эта система менее надёжна по сравнению с АРУ по температуре.

АРУ по температуре грунта.

Такая схема содержит термодатчик, расположенный на глубине закопки кабеля. Изменение сопротивления термодатчика управляет терморегулирующим устройством, включенным в обратную связь линейного усилителя.

Недостатки:

1.) Большая погрешность регулировки, так как температура вблизи термодатчика может значительно отличаться от температуры вдоль линии.

2.) Причиной изменения затухания может быть не только изменение температуры.

3.) Такие регуляторы действуют независимо друг от друга, за счёт чего накапливаются погрешности после каждого НУПа вдоль линии.

На практике большинство пунктов тракта содержит простые и надёжные температурные АРУ, а меньшая их часть АРУ по контрольной частоте, которые компенсируют погрешности по регулировке.

Многочастотные АРУ.

Зависимость затухания УУ от температуры имеет сложный характер. В ней выделяют три составляющих: плоская: плоская, наклонная и криволинейная.