2.1. Классификация усилителей в МСП. Основные свойства и особенности усилителей

2.2. Принцип усиления электрического сигнала

Многоканальные системы передачи (МСП) предназначены для одновременной и независимой передачи большого числа сигналов по одной физической цепи используются:

• Воздушная линия;
• Симметрический кабель;
• Коаксиальный кабель;
• Оптический кабель;
• Радиорелейная линия;

Чем больше сигналов (каналов) имеется в системе передачи, тем более она эффективна.

Различают передачу телевизионных сигналов, сигналов телефонии, передачу данных и др. Для передачи получателю сообщение преобразуется в сигнал: электрический, оптический, акустический. Сигнал должен однозначно отображать сообщение, чтобы на приёмной стороне можно было выделить его. Из множества сигналов наиболее подходящими для связи оказались электрические и оптические. В нашем курсе мы будем рассматривать электрические сигналы и вопросы схемотехники для них.

Структурную схему МСП модно предоставить рис. 2.1 (сообщение от источника к получателю передаётся в одном направлении):

Рис. 2.1. Структурная схема многоканальной системы передачи

ИС₁ – источник сообщения, первый; ППП_Р – первичный преобразователь передачи; ППП₁ – первичный преобразователь приёма; УС – усилительная станция; ПС – получатель сообщения; l_НОМ – участок линии связи номинальной длинны. Передающее устройство формирует и посылает в линию связи групповой сигнал S_ГР(t):

;

Принимаемый сигнал равен:

;

где n(t) – помеха. В общем случае принятый сигнал отличается от переданного ввиду искажений и помех, имеющих место в линии связи. Линия связи может быть проводной или равнолинией. При распространении электрический сигнал испытывает затухание (ослабляется) и искажается его форма. Для компенсации затухания через определённое число километров включаю усилительные станции (УС). Число таких станций при известной длине линии L и участке номинальной длинны l_НОМ равно:

Для электрических МСП – l_НОМ = 2 ÷ 20 км; для ВОСП – l_НОМ = 50 ÷100 км. В цифровых системах передачи (ЦСП) применяют регенераторы: они позволяют компенсировать затухание и восстанавливать форму переданного сигнала. На структурных схемах усилительное устройство (или просто – усилитель) обозначается в виде четырёхполюсника:

Рис. 2.2. Усилитель как четырёхполюсник.

Как видно он имеет две пары входных клемм.

2.1. Классификация усилителей в МСП. Основные свойства и особенности усилителей

Усилители в МСП включаются последовательно (рис. 2.1) и поэтому неудовлетворительная работа хотя бы одного из них, приводит к отказу всей системы передачи (СП). Важнейшим требованием являются:

• Высокая надёжность;
• Стабильность характеристик каждого из них.

В зависимости от назначения усилители делятся:

Рис. 2.3. Классификация усилителей МСП

Для электрических сигналов наиболее важным являются групповые усилители. Они усиливают одновременно преобразованные сигналы большого числа каналов, т.е. группы каналов. Они включаются в промежуточных усилительных пунктах, а также в качестве оконечных усилителей на оконечных станциях. Ширина полосы частот усилителя зависит от числа каналов данной СП.

Индивидуальные усилители предназначены для усиления сигналов со сравнительно узкой полосой частот, передаваемых в одном телефонном канале.

Вспомогательные усилители используются для усиления токов контрольных, вызывных или несущих частот. Они являются усилителями одночастотных сигналов и выполняются как резонансные.

Оптические усилители используются в ВОСП. Характерной особенностью оптических усилителей является наличие активной среды и источника энергии накачки.

В полупроводниковых лазерных усилителях (ППЛУ) активной средой служит полупроводник, а в Эрбиевых и нелинейных волоконно–оптических усилителях (НВОУ) – оптическое волокно. В качестве источника накачки используется лазер. В оптических усилителях при усилении форма сигнала не изменяется. Более подробные сведения об этих типах усилителях можно найти в специальной литературе.

2.2. Принцип усиления электрического сигнала

Рассмотрим схему усилителя электрических сигналов. В общем виде схема имеет вид, представленный на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Структурная схема усилителя

Усилитель имеет два входных зажима 1–1, к которым подключается источник усиливаемых колебаний с определённым значением ЭДС и внутренним сопротивлением. К выходным зажимам 2–2 подключается нагрузка с сопротивлением R_H. Для питания цепей усилительного элемента (УЭ) используется источник питания с ЭДС Е_П. усилитель потребляет мощность Р₀.

Процесс усиления заключается в пропорциональном изменение выходного напряжения или тока путём изменения управляемого состояния УЭ под действием входного тока или напряжения.

На рис. 2.5. представлены диаграммы изменения выходного тока и напряжения при усилении гармонического сигнала.

Рис. 2.5. Изменение выходного тока при усилении гармонического сигнала.

Р.Т. – рабочая точка

i₀ – постоянный ток, определяемый положением РТ.

Усиление зависит от крутизны УЭ:

Амплитудное значение выходного тока УЭ равно:

При усилении непрерывных сигналов требование к пропорциональности (линейности) изменения выходного тока i_ВЫХ (или напряжения U_ВЫХ) является чрезвычайно важным, т.к. определяет точность воспроизведения усиливаемых сигналов. Если ток I_ВЫХ будет изменяться непропорционально входному воздействию (U_ВХ или I_ВХ), то при синусоидальном входном сигнале форма выходного тока I_ВЫХ (или напряжения U_ВЫХ) будет отличаться от синусоидальной, т.е. возникнут искажения усиливаемого сигнала. Такие искажения называются нелинейными.

Обычно усилитель содержит предварительные каскады усиления (ПКУ) и выходной каскад усиления (ВКУ). Вместо нескольких каскадов предварительного усиления, использована одна интегральная микросхема (ИМС).