Помощь студентам в учебе
Широкополосный усилитель для систем кабельного телевидения
|
АННОТАЦИЯ 2
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Анализ технического задания 13
2 Схемотехнический раздел 16
2.1 Разработка структурной схемы усилителя 16
2.2 Разработка принципиальной схемы усилителя 18
2.2.1 Расчет необходимых уровней и коэффициента усиления для каскадов,
выбор усилительных элементов 18
2.2.2 Описание выходного каскада 24
2.2.3 Описание входного каскада 27
2.2.4 Описание входной части усилителя 32
2.2.5 Описание выходной части усилителя 37
2.2.6 Описание блока питания 40
3 Конструкторский раздел 46
3.1 Компоновка прибора 46
3.2 Разработка печатной платы 47
3.3 Разработка узла на печатной плате 50
3.4 Обеспечение защищенности узлов от коррозии, выбор защитнодекоративных покрытий 52
3.5 Расчет параметров надежности 55
4 Технологический раздел 59
4.1 Расчет и оценка технологичности печатного узла 59
4.2 Проектирование технологического процесса изделия 61
4.3 Климатические испытания 63
5 Безопасность жизнедеятельности 64
5.1 Анализ условий эксплуатации проектируемой системы 64
5.2 Соответствие проектируемой системы требованиям безопасности 64
5.3 Анализ опасных и вредных производственных факторов 65
5.3.1 Характеристика воздействия выявленных ОВПФ на организм человека и окружающую среду 66
5.3.2 Сравнение фактических значений параметров с допустимыми 69
5.3.3 Требования техники безопасности при пайке 74
5.3.4 Техника безопасности при изготовлении печатной платы 74
5.3.5 Эргономика и производственная эстетика 75
5.3.6 Пожарная безопасность 76
6 Организационно-экономический раздел 79
6.1 Сетевое планирование 79
6.1.1 Построение сетевого графика 79
6.1.2 Расчет параметров событий сетевого графика 82
6.1.3 Расчет параметров работ сетевого графика 83
6.2 Расчет стоимости работ 88
6.3 Анализ технико-экономической эффективности 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 92
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Анализ технического задания 13
2 Схемотехнический раздел 16
2.1 Разработка структурной схемы усилителя 16
2.2 Разработка принципиальной схемы усилителя 18
2.2.1 Расчет необходимых уровней и коэффициента усиления для каскадов,
выбор усилительных элементов 18
2.2.2 Описание выходного каскада 24
2.2.3 Описание входного каскада 27
2.2.4 Описание входной части усилителя 32
2.2.5 Описание выходной части усилителя 37
2.2.6 Описание блока питания 40
3 Конструкторский раздел 46
3.1 Компоновка прибора 46
3.2 Разработка печатной платы 47
3.3 Разработка узла на печатной плате 50
3.4 Обеспечение защищенности узлов от коррозии, выбор защитнодекоративных покрытий 52
3.5 Расчет параметров надежности 55
4 Технологический раздел 59
4.1 Расчет и оценка технологичности печатного узла 59
4.2 Проектирование технологического процесса изделия 61
4.3 Климатические испытания 63
5 Безопасность жизнедеятельности 64
5.1 Анализ условий эксплуатации проектируемой системы 64
5.2 Соответствие проектируемой системы требованиям безопасности 64
5.3 Анализ опасных и вредных производственных факторов 65
5.3.1 Характеристика воздействия выявленных ОВПФ на организм человека и окружающую среду 66
5.3.2 Сравнение фактических значений параметров с допустимыми 69
5.3.3 Требования техники безопасности при пайке 74
5.3.4 Техника безопасности при изготовлении печатной платы 74
5.3.5 Эргономика и производственная эстетика 75
5.3.6 Пожарная безопасность 76
6 Организационно-экономический раздел 79
6.1 Сетевое планирование 79
6.1.1 Построение сетевого графика 79
6.1.2 Расчет параметров событий сетевого графика 82
6.1.3 Расчет параметров работ сетевого графика 83
6.2 Расчет стоимости работ 88
6.3 Анализ технико-экономической эффективности 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 92
Настоящая работа посвящена разработке широкополосного усилителя для систем кабельного телевидения. Диплом был написан в процессе прохождения преддипломной практики на заводе ООО “Планар”.
Предприятие ООО “Планар” является одним из лидирующих предприятий в России, специализирующихся в разработке и производстве высококачественного и конкурентоспособного электронного оборудования. Предприятие предлагает полный комплекс услуг - поставку запчастей, ремонт и техническое обслуживание изделий электрооборудования. Опираясь на долговременный опыт разработки широкого ассортимента устройств, используемых во многих отраслях, и, учитывая современные требования к их эффективности, предприятие проводит модернизацию ранее поставленной техники, а также разрабатывает новые изделия. Инженерная деятельность, включающая в себя инженерные исследования, изобретательство, проектирование, конструирование, организацию изготовления и обеспечение функционирования технических систем, является тем видом деятельности, который призван воплощать все новые идеи в жизнь. На основе вновь разработанных принципов инженеры конструируют законченные электронные изделия, блоки и системы.
В настоящее время существует множество вариантов приема различных телевизионных программ, а их количество определяется числом и возможностями подключенных к телевизору приемных антенн. В большинстве случаев, например, для приема спутниковых каналов, потребуется установка дополнительного блока. В следствии этого получается, что стоимость приемного оборудования, устанавливаемого перед входом телевизора резко возрастает, сравнивая со стоимостью самого телевизора. Выходом из этой ситуации является использование одной сложной многофункциональной приемной системы с дальнейшим распределением полученных телевизионных сигналов между многими потребителями (абонентами). При этом стоимость приемной системы для
одного абонента резко снижается. Эти системы называют приемными распределительными системами телевидения. [1]
Рассмотрим структуру приемных распределительных систем. По функциональному назначению приемную распределительную систему представляют в виде двух частей: приемной системы, которая осуществляет прием телевизионных сигналов от различных источников, и распределительной сети, которая обеспечивает доставку телевизионных сигналов потребителю.
Источников телевизионного сигнала может быть несколько:
- эфирное телевещание в диапазонах ОВЧ и УВЧ, осуществляемое крупными телевизионными центрами;
- спутниковые радиоканалы - непосредственное телевизионное вещание;
- кабельные линии связи с местными телевизионными студиями.
Эти источники телевизионного сигнала включают в себя комплекс приемных антенн различных диапазонов волн, антенные усилители или конверторы, кабели снижения, вспомогательное оборудование. Полученные телевизионные сигналы распределяются между абонентами приемных распределительных систем с помощью распределительной сети, которая делится на два звена.
Первое звено - это головная станция, в которой происходит дополнительная обработка телевизионного радиосигнала. Данная обработка включает в себя усиление сигналов до необходимого уровня; конвертирование телевизионных сигналов с одного радио канала в другой; модуляцию видеосигнала и сигнала звукового сопровождения. Вследствие этого на выходе головной станции формируется ряд телевизионных радио сигналов, который соответствует количеству принимаемых телевизионных программ, называемым групповым телевизионным сигналом. [1]
Второе звено распределительной сети - это линейный тракт, задача которого - равномерно распределить групповой сигнал между абонентами. Кабельная ляются абоненту по кабельным линиям связи в стандарте вещательного телевидения. При этом используют коаксиальные кабели, а на протяженных участках распределительной сети могут применяют оптические кабели.
Полосы радиочастот, на которых осуществляется прием телевизионных программ называются каналы приема. Сигналы с приемных антенн через кабели снижения подаются в головную станцию, где производится их обработка. Телевизионные радиосигналы, сформированные разными способами объединяются в сумматоре, образуя групповой сигнал, который поступает в линейный тракт и распределяется между потребителями. [2]
В приемной антенной системе и линейном тракте применяются следующие виды усилителей:
- многодиапазонные;
- абонентские;
- антенные;
- широкополосные.
Рассмотрим основные особенности применения каждого вида усилителя.
1. Многодиапазонные усилители усиливают телевизионный сигнал не в широкой полосе частот, а в более узких диапазонах, например, в первом диапазоне метровых волн, во втором диапазон метровых волн и в диапазоне дециметровых волн.
Многодиапазонный усилитель состоит из набора независимых усилителей, сигналы, с выходов которых, суммируется на выходе. Узкий частотный диапазон позволяет получить равномерную амплитудно - частотную характеристику усилителя и добиться большего коэффициента усиления при минимальном уровне шумов. На входе каждого из усилителей установлен регулируемый аттенюатор, который позволяют выровнять входной сигнал по мощности на каждом из входов усилителя, для избежание перегрузки усилителя и уменьшения интермодуляционных искажений. [3]l
распределительная сеть предполагает, что телевизионные сигналы достав-
Усилитель иногда используются в комплекте с диапазонными антеннами, в этом случае каждый из входов усилителя подключается к своей антенне, что позволяет легко выровнять телевизионный сигнал по амплитуде во всём диапазоне телевизионных частот.
2. Абонентские усилители предназначены для усиления телевизионного сигнала в квартирах и индивидуальных домах.
Различают абонентские усилители по диапазонам усиления и количеству выходов. В некоторых моделях выполнено разделения всего телевизионного диапазона на два диапазона: метровый и дециметровый. В каждом из диапазонов можно независимо регулировать усиление сигналов, что очень удобно для выравнивания уровней телевизионного сигнала во всем диапазоне усиливаемых частот.
Усилители могут использоваться самостоятельно, для раздачи телевизионного сигнала не более чем на 10...15 телевизоров или использоваться совместно с антенными усилителями.
Абонентский усилитель применяется самостоятельно в зоне уверенного приема телевизионного сигнала. Если уровень сигнала недостаточен для качественного приема, дополнительно подключается антенный усилитель.
Полоса рабочих частот должна соответствовать частотам усиливаемых сигналов, коэффициент усиления должен обеспечить рекомендуемый уровень сигнала на входе телевизоров, от выходного уровня сигнала усилителя зависит количество подключаемых телевизоров.
3. Главная задача антенных усилителей - повышение чувствительности приёмного тракта с целью усиления полезного сигнала. Антенные усилители устанавливаются на мачте рядом с антенной, чтобы уменьшить влияние фидера, который вносит затухание и шумы в полезный сигнал. Антенные усилители применяются при слабом телевизионном сигнале, на границе зоны уверенного приёма и служат для увеличения соотношения сигнал шум всего тракта усиления. [3]
На входе антенных усилителей используют малошумящие полупроводниковые элементы, для уменьшения уровня шумов при усилении сигнала. Хороший антенный усилитель должен иметь коэффициент шума не более 3 дБ, особенно в дециметровом диапазоне. Типовое значение коэффициента усиления антенного усилителя, порядка 20 ... 35 дБ. При большем коэффициенте усиления возможны перегрузки на пиковых значениях сигнала и от импульсных помех.
Часто, при разводке сигнала на большое число абонентов, дополнительно к антенным применяют абонентские или домовые усилители. Так как антенные усилители используются на улице, то они должны обладать высокой стабильностью характеристик в широком диапазоне температур.
4. Широкополосные усилители предназначены для раздачи телевизионного сигнала на большое количество абонентов, устанавливаются они внутри помещений. Количество подключаемых к усилителю абонентов зависит от параметров усилителя и схемы его подключения. Почти все модели данного вида усилителей имеют встроенные регуляторы усиления и наклона амплитудночастотной характеристики.
В некоторых моделях используется система автоматической регулировки усиления, предназначенная для предотвращения перегрузки выходных каскадов усилителя. [1]
Питание усилителей осуществляется через встроенный блок питания, подключаемый к силовой розетке.
В линейном тракте происходит распределение группового радиосигнала между потребителями, подготовленного в головной станции. В зависимости от количества абонентов, особенности застройки жилого дома схемы построения линейного тракта может быть разнообразна.
Групповой сигнал из сумматора головной станции поступает в магистральную линию, выход которой подключен к первому распределительному пункту. В распределительном пункте групповой телевизионный сигнал распре-
деляется на несколько крупных направлений. Передача телевизионных сигналов в этих направления осуществляется по субмагистральным линиям, которые соединяют между собой последующие распределительные пункты. Так как любая линия передачи вносит затухания, то по мере распространения телевизионных сигналов вдоль линии их уровень уменьшается. Для компенсации затухания в магистральной линии включены широкополосные усилители. Распределение сигналов в домах осуществляется с помощью домовых распределительных сетей. Сигналы в домовых распределительных сетях из субмагистральной линии отводят с помощью направленных ответвителей. Протяженная субмагистральная линия нуждается в компенсации затухания сигналов, поэтому в них включается субмагистральные усилители. [4]
Рассмотрим диапазон частот каналов распределения.
Современные телевизоры имеют плавную настройку частоты в диапазоне от 40 до 1000 МГц. Однако не все РС могут работать во всем диапазоне. В диапазоне УВЧ происходит существенное возрастание потерь в кабеле для компенсации которых применяют большое количество линейных усилителей. Число последовательно включенных усилителей ограничено, ограничена и общая протяженность РС, работающая высокочастотной области. [2]
Так как КРС является закрытой системой, то она не использует излучения радиосигналов в эфир. Поэтому для распределения каналов используют не только частоты стандартных каналов, но частоты, расположенные в промежутках между телевизионными диапазонами. Такие каналы называются специальные..
Предприятие ООО “Планар” является одним из лидирующих предприятий в России, специализирующихся в разработке и производстве высококачественного и конкурентоспособного электронного оборудования. Предприятие предлагает полный комплекс услуг - поставку запчастей, ремонт и техническое обслуживание изделий электрооборудования. Опираясь на долговременный опыт разработки широкого ассортимента устройств, используемых во многих отраслях, и, учитывая современные требования к их эффективности, предприятие проводит модернизацию ранее поставленной техники, а также разрабатывает новые изделия. Инженерная деятельность, включающая в себя инженерные исследования, изобретательство, проектирование, конструирование, организацию изготовления и обеспечение функционирования технических систем, является тем видом деятельности, который призван воплощать все новые идеи в жизнь. На основе вновь разработанных принципов инженеры конструируют законченные электронные изделия, блоки и системы.
В настоящее время существует множество вариантов приема различных телевизионных программ, а их количество определяется числом и возможностями подключенных к телевизору приемных антенн. В большинстве случаев, например, для приема спутниковых каналов, потребуется установка дополнительного блока. В следствии этого получается, что стоимость приемного оборудования, устанавливаемого перед входом телевизора резко возрастает, сравнивая со стоимостью самого телевизора. Выходом из этой ситуации является использование одной сложной многофункциональной приемной системы с дальнейшим распределением полученных телевизионных сигналов между многими потребителями (абонентами). При этом стоимость приемной системы для
одного абонента резко снижается. Эти системы называют приемными распределительными системами телевидения. [1]
Рассмотрим структуру приемных распределительных систем. По функциональному назначению приемную распределительную систему представляют в виде двух частей: приемной системы, которая осуществляет прием телевизионных сигналов от различных источников, и распределительной сети, которая обеспечивает доставку телевизионных сигналов потребителю.
Источников телевизионного сигнала может быть несколько:
- эфирное телевещание в диапазонах ОВЧ и УВЧ, осуществляемое крупными телевизионными центрами;
- спутниковые радиоканалы - непосредственное телевизионное вещание;
- кабельные линии связи с местными телевизионными студиями.
Эти источники телевизионного сигнала включают в себя комплекс приемных антенн различных диапазонов волн, антенные усилители или конверторы, кабели снижения, вспомогательное оборудование. Полученные телевизионные сигналы распределяются между абонентами приемных распределительных систем с помощью распределительной сети, которая делится на два звена.
Первое звено - это головная станция, в которой происходит дополнительная обработка телевизионного радиосигнала. Данная обработка включает в себя усиление сигналов до необходимого уровня; конвертирование телевизионных сигналов с одного радио канала в другой; модуляцию видеосигнала и сигнала звукового сопровождения. Вследствие этого на выходе головной станции формируется ряд телевизионных радио сигналов, который соответствует количеству принимаемых телевизионных программ, называемым групповым телевизионным сигналом. [1]
Второе звено распределительной сети - это линейный тракт, задача которого - равномерно распределить групповой сигнал между абонентами. Кабельная ляются абоненту по кабельным линиям связи в стандарте вещательного телевидения. При этом используют коаксиальные кабели, а на протяженных участках распределительной сети могут применяют оптические кабели.
Полосы радиочастот, на которых осуществляется прием телевизионных программ называются каналы приема. Сигналы с приемных антенн через кабели снижения подаются в головную станцию, где производится их обработка. Телевизионные радиосигналы, сформированные разными способами объединяются в сумматоре, образуя групповой сигнал, который поступает в линейный тракт и распределяется между потребителями. [2]
В приемной антенной системе и линейном тракте применяются следующие виды усилителей:
- многодиапазонные;
- абонентские;
- антенные;
- широкополосные.
Рассмотрим основные особенности применения каждого вида усилителя.
1. Многодиапазонные усилители усиливают телевизионный сигнал не в широкой полосе частот, а в более узких диапазонах, например, в первом диапазоне метровых волн, во втором диапазон метровых волн и в диапазоне дециметровых волн.
Многодиапазонный усилитель состоит из набора независимых усилителей, сигналы, с выходов которых, суммируется на выходе. Узкий частотный диапазон позволяет получить равномерную амплитудно - частотную характеристику усилителя и добиться большего коэффициента усиления при минимальном уровне шумов. На входе каждого из усилителей установлен регулируемый аттенюатор, который позволяют выровнять входной сигнал по мощности на каждом из входов усилителя, для избежание перегрузки усилителя и уменьшения интермодуляционных искажений. [3]l
распределительная сеть предполагает, что телевизионные сигналы достав-
Усилитель иногда используются в комплекте с диапазонными антеннами, в этом случае каждый из входов усилителя подключается к своей антенне, что позволяет легко выровнять телевизионный сигнал по амплитуде во всём диапазоне телевизионных частот.
2. Абонентские усилители предназначены для усиления телевизионного сигнала в квартирах и индивидуальных домах.
Различают абонентские усилители по диапазонам усиления и количеству выходов. В некоторых моделях выполнено разделения всего телевизионного диапазона на два диапазона: метровый и дециметровый. В каждом из диапазонов можно независимо регулировать усиление сигналов, что очень удобно для выравнивания уровней телевизионного сигнала во всем диапазоне усиливаемых частот.
Усилители могут использоваться самостоятельно, для раздачи телевизионного сигнала не более чем на 10...15 телевизоров или использоваться совместно с антенными усилителями.
Абонентский усилитель применяется самостоятельно в зоне уверенного приема телевизионного сигнала. Если уровень сигнала недостаточен для качественного приема, дополнительно подключается антенный усилитель.
Полоса рабочих частот должна соответствовать частотам усиливаемых сигналов, коэффициент усиления должен обеспечить рекомендуемый уровень сигнала на входе телевизоров, от выходного уровня сигнала усилителя зависит количество подключаемых телевизоров.
3. Главная задача антенных усилителей - повышение чувствительности приёмного тракта с целью усиления полезного сигнала. Антенные усилители устанавливаются на мачте рядом с антенной, чтобы уменьшить влияние фидера, который вносит затухание и шумы в полезный сигнал. Антенные усилители применяются при слабом телевизионном сигнале, на границе зоны уверенного приёма и служат для увеличения соотношения сигнал шум всего тракта усиления. [3]
На входе антенных усилителей используют малошумящие полупроводниковые элементы, для уменьшения уровня шумов при усилении сигнала. Хороший антенный усилитель должен иметь коэффициент шума не более 3 дБ, особенно в дециметровом диапазоне. Типовое значение коэффициента усиления антенного усилителя, порядка 20 ... 35 дБ. При большем коэффициенте усиления возможны перегрузки на пиковых значениях сигнала и от импульсных помех.
Часто, при разводке сигнала на большое число абонентов, дополнительно к антенным применяют абонентские или домовые усилители. Так как антенные усилители используются на улице, то они должны обладать высокой стабильностью характеристик в широком диапазоне температур.
4. Широкополосные усилители предназначены для раздачи телевизионного сигнала на большое количество абонентов, устанавливаются они внутри помещений. Количество подключаемых к усилителю абонентов зависит от параметров усилителя и схемы его подключения. Почти все модели данного вида усилителей имеют встроенные регуляторы усиления и наклона амплитудночастотной характеристики.
В некоторых моделях используется система автоматической регулировки усиления, предназначенная для предотвращения перегрузки выходных каскадов усилителя. [1]
Питание усилителей осуществляется через встроенный блок питания, подключаемый к силовой розетке.
В линейном тракте происходит распределение группового радиосигнала между потребителями, подготовленного в головной станции. В зависимости от количества абонентов, особенности застройки жилого дома схемы построения линейного тракта может быть разнообразна.
Групповой сигнал из сумматора головной станции поступает в магистральную линию, выход которой подключен к первому распределительному пункту. В распределительном пункте групповой телевизионный сигнал распре-
деляется на несколько крупных направлений. Передача телевизионных сигналов в этих направления осуществляется по субмагистральным линиям, которые соединяют между собой последующие распределительные пункты. Так как любая линия передачи вносит затухания, то по мере распространения телевизионных сигналов вдоль линии их уровень уменьшается. Для компенсации затухания в магистральной линии включены широкополосные усилители. Распределение сигналов в домах осуществляется с помощью домовых распределительных сетей. Сигналы в домовых распределительных сетях из субмагистральной линии отводят с помощью направленных ответвителей. Протяженная субмагистральная линия нуждается в компенсации затухания сигналов, поэтому в них включается субмагистральные усилители. [4]
Рассмотрим диапазон частот каналов распределения.
Современные телевизоры имеют плавную настройку частоты в диапазоне от 40 до 1000 МГц. Однако не все РС могут работать во всем диапазоне. В диапазоне УВЧ происходит существенное возрастание потерь в кабеле для компенсации которых применяют большое количество линейных усилителей. Число последовательно включенных усилителей ограничено, ограничена и общая протяженность РС, работающая высокочастотной области. [2]
Так как КРС является закрытой системой, то она не использует излучения радиосигналов в эфир. Поэтому для распределения каналов используют не только частоты стандартных каналов, но частоты, расположенные в промежутках между телевизионными диапазонами. Такие каналы называются специальные..
В ходе дипломного проектирования было разработано устройство широкополосный усилитель для систем кабельного телевидения. При проектировании были учтены все требования, определенные в техническом задании.
В процессе работы были осуществлены инженерные решения (выбор схемы стабилизации и коррекции) и расчет номиналов схем.
В результате работы получили готовую схему усилительного устройства с известной топологией и номиналами элементов, которая будет использоваться в практическом применении.
В пояснительной записке описаны мероприятия по вопросам безопасности жизнедеятельности, рекомендации к оборудованию рабочего места оператора, а также приведен анализ технико-экономической эффективности. Сетевое планирование позволило правильно выбрать сроки выполнения дипломного проектирования.
Все вышеизложенное позволяет говорить о полноте решения поставленных задач.
В процессе работы были осуществлены инженерные решения (выбор схемы стабилизации и коррекции) и расчет номиналов схем.
В результате работы получили готовую схему усилительного устройства с известной топологией и номиналами элементов, которая будет использоваться в практическом применении.
В пояснительной записке описаны мероприятия по вопросам безопасности жизнедеятельности, рекомендации к оборудованию рабочего места оператора, а также приведен анализ технико-экономической эффективности. Сетевое планирование позволило правильно выбрать сроки выполнения дипломного проектирования.
Все вышеизложенное позволяет говорить о полноте решения поставленных задач.
