节有线电视放大器.ppt

放大器,尹建新,放大器,放大器的作用：在满足载噪比和非线性失真指标的前提下，尽可能地把输入端的低电平信号放大到所需值。即：补偿传输电缆的衰减，确保信号优质、稳定的远距离传输。放大的本质：“复制”放大的特点：1、以小控制大，增益G（dB）0；完成功率转换任务。2.输入、输出波形相似。,放大器,4.2.1放大器的类型和用途4.2.2放大器的基本组成4.2.3放大器的电路结构4.2.4提高放大器性能的措施4.2.1放大器的供电和保护4.2.1放大器的技术指标,4.2.1放大器的类型和用途,1、放大器的分类（1）按工作频带分：45450MHz、45550MHz、45750MHz、45860MHz等单向传输放大器；5750MHz、5860MHz双向放大器等。（2）按在分配网络中的位置分：用户分配放大器（楼栋放大器）和延长放大器，在早期的电缆网中还使用干线放大器、桥接放大器等。（3）按使用环境分：室外防水型、室内型。（4）按电路的工作原理分：推挽放大器、功率倍增放大器、前馈放大器。,4.2.1放大器的类型和用途,根据使用的场合分类前端主放大器：接在无源混合器后的第一级放大器，也是性能指标要求最高的放大器。干线放大器：要能控制的低噪声、增益适当的放大器。优选22dB。桥接放大器：具有干线放大器特性和桥接模块的放大器。线路延长放大器：具有结构简单、输出电平较高的支干线放大器。分配放大器：具有增益较高、输出电平较高的用户分配放大器。,4.2.1放大器的类型和用途,按国家标准，根据放大器功能分类I类放大器：具有ALC（AGC、ASC）的双导频长距离干线放大器。II类放大器：具有AGC、单导频的中距离干线放大器。III类放大器：具有MGC、MSC的近距离放大器。,4.2.1放大器的类型和用途,依次技术由低到高分别为：推挽式、功率倍增式、四倍功率式、前馈式。,4.2.1放大器的类型和用途,干线放大器从控制方式上分，有如下几种：（1）自动电平控制（ALC）或称自动增益斜率控制（AGSC）放大器（国标统称类干线放大器），它具有AGC和ASC两个功能，采用双导频信号控制，一般用于要求较高的大型CATV系统中。,4.2.1放大器的类型和用途,（2）自动增益控制（AGC）放大器（国标统称类干线放大器），采用单导频控制，其中又分为A类和B类。A类：带斜率自动补偿的AGC干线放大器；B类：无斜率自动补偿的AGC干线放大器。类干放一般用于要求不很高、电缆敷设条件不复杂的中、大型系统中。,4.2.1放大器的类型和用途,（3）手动增益控制和手动斜率控制放大器（国标统称类干线放大器）。也可分为两类：A类：与类干放间隔使用的干线放大器；B类：单独使用或与类干放间隔使用的干线放大器。其中B类单独使用时一般只能用于要求不高的小型系统中。,4.2.1放大器的类型和用途,为了改善非线性失真性能指标，干线放大器的末级放大模块通常采用以下几种方式：（1）推挽型（PP型）（2）功率倍增型（PHD型）（3）前馈型（FT型),4.2.1放大器的类型和用途,2.放大器的用途两种放大器：在光节点用户小于500户的双向宽带HFC用户分配系统中，所用的放大器主要是用户分配放大器（楼栋放大器）和延长放大器。用户分配放大器（楼栋放大器）：电缆传输最后一级放大器，主要用于在进入无源分配前将射频信号进行放大，补偿前级由于分支、分配、电缆衰减对射频电平的损耗，使用户终端输出电平符合要求。延长放大器：补偿光节点至用户分配放大器支线损耗。,4.2.1放大器的类型和用途,放大器实物,4.2.2放大器的基本组成,（1）干线放大器手动增益（MGC）和斜率均衡干线放大器（A类）手动增益和手控斜率干线放大器（B类）自动增益控制（AGC）干线放大器（B类）带有斜率自动补偿的AGC干线放大器（A类）ALC干线放大器（A类）,4.2.2放大器的基本组成,（1)手动增益（MGC）和斜率均衡干线放大器(A类),4.2.2放大器的基本组成,（2）手控增益和手控斜率干线放大器（B类）在A类干放的基础上增加了手控斜率的功能，使之对斜率随温度的变化具备了一定的调节控制能力。,图4-5B类干线放大器,（3）自动增益控制（AGC）干线放大器（B类）,4.2.2放大器的基本组成,（4）带有斜率自动补偿的AGC干线放大器（A类）,A类干线放大器,4.2.2放大器的基本组成,4.2.2放大器的基本组成,图4-7类干线放大器方框图,（5）ALC干线放大器（类）,4.2.2放大器的基本组成,采用自动斜率控制（ASC）与带有斜率自动补偿功能之间存在着本质的区别。这种区别在于：斜率补偿：没有误差校正作用，补偿误差直接由网络参数决定，势必会造成逐级累加。其补偿过程也无法准确、全面、及时地跟踪客观变化。ASC：具有自动误差校正作用，级联时补偿误差不会积累，且能及时准确地反映和补偿实际变化所带来的影响,4.2.2放大器的基本组成,图4-8干线放大器两个派生品种的方框图,干线分配放大器和干线桥接放大器,4.2.2放大器的基本组成,(2)分配放大器和延长放大器分配放大器延长放大器,(1)分配放大器,4.2.2放大器的基本组成,（2）延长放大器,4.2.2放大器的基本组成,4.2.2放大器的基本组成,双向放大器示意图,双向放大器（two-wayamplifier）,双向放大器：用于分离或合成正向通路和反向通路信号，并具有放大能力的装置。它主要由正向放大器、反向放大器和双向滤波器组成。,放大器的工作原理,典型放大器工作原理图,放大器的工作原理,放大器的工作原理,射频信号放大器的输入端可调衰减器（调整到合适的电平）可调均衡器（补偿电缆的传输特性，保证输入到第一级放大模块的信号工作频带内频谱相对“平坦”）第一级放大（A1）级间均衡器（预均衡，使输出信号产生所需要的斜率）第二级放大（A2）输出放大后的射频信号。,放大器对电缆衰耗的补偿作用有两个方面既要补偿电缆衰减的频率特性，又要补偿电缆衰减的温度特性。利用放大器的增益补偿电缆衰减有两种办法一是针对频率高低引起的衰减差异由斜率均衡网络补偿；二是用控制放大器的增益和斜率来弥补由温度变化引起的衰减量的变化。,放大器的工作原理,放大器的工作原理,主要作用：补偿电缆对传输信号所造成的损耗。放大器增益G（dB）=输出电平-输入电平为了保证失真指标，必须要降低放大器的输出电平，一般来说电平下降ldB，CTB的指标可提升2dB。为了保证噪声指标，必须提高放大器的输入电平，一般来说电平升高ldB，CNR指标可提升1dB。两者指标都和网络中所用的放大器台数N有关。V字形曲线图：把输人电平和输出电平及放大器台数N的关系画成的曲线。放大器的CNR（dB）=输入电平-噪声系数-2.4,放大器台数（n）与放大器增益的关系,V形曲线：,典型线路延长放大器方框图,典型线路延长放大器电路特点,分离：双向通道分离是由双向滤波器完成。下行：由均衡器、衰减器、预放模块、级间电路、主放模块、自动控制环路等组成。采用先均衡、后放大措施。上行：由输入衰减器、放大模块、均衡器、输出衰减器等组成。采用先放大、后均衡措施。配置：除配置双向滤波器外，同时在下行通道和上行通道输入和输出处都配置了测试点TP。,4.2.3放大器的电路结构,以双向ALC干线桥接放大器为例,模拟电缆:模拟电缆的等效长度+电缆实际长度=电缆理论长度,（1）BON和均衡器,4.2.3放大器的电路结构,均衡器：用来补偿电缆衰减的斜率,4.2.3放大器的电路结构,（2）干线放大组件,4.2.3放大器的电路结构,（3）AGSC组件,4.2.3放大器的电路结构,（4）桥接放大组件,4.2.3放大器的电路结构,（5）反向放大组件,4.2.3放大器的电路结构,4.2.3放大器的电路结构,（6）双向分离器双向分离器实质上是一个低通滤波器和一个高通滤波器的组合.双向分离器中另有一个端口，它利用截至频率很低的低通滤波器将同轴电缆中的低压交流电源取出来，一方面供本放大器的电源用，另一方面可再送至下一台放大器。这条电源支路是可逆的，实际使用时通过电源开关或插塞来确定放大器从哪端接受交流电源以及该交流电源是否要继续送入其它放大器,4.2.3放大器的电路结构,（7）直流稳压电源作用：将同轴电缆所提供的交流电源转换为放大器工作所需的直流电源。一般输出为：DC24V.,4.2.3放大器的电路结构,(7)直流稳压电源供电器：供给放大器电源的一个设备，此设备实际上是一个铁磁式的交流稳压器，输入市电220V的交流电压后,在其输出端将输出稳定的60V交流电压。线路供电方式放大器的电源电路：一般是采用开关式稳压电源，其电路结构是利用一个振荡器，产生几十kHz的振荡信号，经放大、稳压、整流处理后，产生放大器所需的工作电压。电路稳压范围宽,当外电源在35V90V变化时都能输出稳定的工作电压，所以现在大多主干放大器或延长放大器都使用这种电源电路。电源插入器：供电器与线路间的接口器件。,4.2.4提高放大器性能的措施,1、推挽电路传统的放大电路都是单端晶体管阻容耦合放大电路，通过负反馈、电感补偿等措施来展宽频带，改善非线性失真，如OM系列集成放大模块就是基于这种思路。所谓推挽放大的基本工作原理实际上相当于两个单端晶体管放大电路并联使用。,BGY系列：由共射共基级联放大和推挽输出电路组成,4.2.4提高放大器性能的措施,4.2.4提高放大器性能的措施,推挽功率放大器功率放大器的主要任务是向负载提供足够大的不失真功率,同时要有较高的效率。为了输出较大功率,功放管的工作电流、电压的变化范围往往会很大。为了提高效率，可将放大电路做成推挽式电路，并将功放管的工作状态设置为甲乙类，以减小交越失真.,4.2.4提高放大器性能的措施,推挽功率放大器电路,4.2.4提高放大器性能的措施,图中，电路结构对称，两个功放管V1、V2特性一致，其工作过程为：在输入信号的正半周，V1导通、V2截止，在输出变压器原边上半个绕组中产生电流，耦合到副边，在负载RL中产生半个周期输出信号；在输入信号的负半周，V2导通，V1截止，在输出变压器原边下半个绕组中产生电流，耦合到副边，在负载RL中产生另半个周期输出信号。这样在一个信号周期内，V1、V2“一推一挽”，轮流工作，便在负载上输出一个完整的信号波形。,2、功率倍增电路（也称并联混合电路）,4.2.4提高放大器性能的措施,为了降低干线放大器的非线性失真，采用功率倍增技术,2倍倍增功率放大器,4.2.4提高放大器性能的措施,4.2.4提高放大器性能的措施,功率倍增技术降低干线放大器非线性失真的原理：输入信号经分配器等功率地分配到两片高频放大IC；IC的输出信号同相合成，显然每片IC的输出电平比放大器的输出电平低3dB，因此能改善三次失真6dB。,4倍倍增功率放大器,下图是4倍倍增功率放大器，输入信号经分配器等功率地分配到四片IC，IC的输出信号同相合成，显然每片IC的输出电平比放大器的输出电平低6dB，因此能改善三次失真12dB。,4.2.4提高放大器性能的措施,4.2.4提高放大器性能的措施,实际上：2倍倍增功率放大器只改善5dB；4倍倍增功率放大器只改善10dB；采用功率倍增技术的另一个好处是当其中某一片IC损坏时，放大器仍能工作，尽管输出降低了，但不至于中断信号。,4.2.4提高放大器性能的措施,3、前馈放大电路功率倍增电路是通过把放大过程分给两个并联的放大电路来降低输出信号中的失真。前馈电路则是依靠抵消过程来减小输出信号中的失真.,前馈放大电路,4.2.4提高放大器性能的措施,前馈放大器采用特别的电路结构抵消非线性失真,4.2.4提高放大器性能的措施,4.2.4提高放大器性能的措施,上图中：A1是主放大器，A2是误差放大器；输入信号经功分器DC1分成两路：一路经主放大器放大，放大后的输出信号由耦合器DC2分出部分信号经衰减和相移后送到功率合成器DC3，另一路信号经延时后也送到DC3，只要调整适当，这两路信号在DC3相互抵消；从DC3出来的只剩有A1产生的失真成分。该失真成分经A2放大后再经衰减和相移送到DC4，A1输出的信号经延时后也送到DC4，只要调整恰当，这两路信号在DC4也相互抵消，DC4输出的是抵消掉失真成分的纯净的信号。采用这种前馈技术可改善失真20dB到30dB。,4.2.4提高放大器性能的措施,4、三种放大电路的性能比较一般放大模块有三种：普通放大模块、功率倍增输出放大模块、四倍增功率输出放大模块。这些模块内部的放大电路均采用推挽型放大电路，这种电路能减少谐波失真，特别是二次失真CSO。功率倍增型：并联了两个或四个推挽电路同时工作，采用这种模块的放大器在同样的失真指标下，输出电平可提高3dB或6dB。,4.2.4提高放大器性能的措施,应用电路,放大器反向放大通道,由于多功能业务开展的需要，现在的放大器都设有反向通道。反向通道常采用手动增益控制，手动斜率控制电路和放大模块组成，可根据系统是否需要反向功能而选择。,线路放大器的供电一般均采用电缆芯线集中供电，即利用同轴电缆的芯与外导体来传输低压交流电。低压交流电必须是安全电压(我国采用交流60V)，由电源供给器提供，通过电源插入器送入到线路放大器中,4.2.5放大器的供电和保护,放大器的供电,供电器：供给放大器电源的一个设备，此设备实际上是一个铁磁式的交流稳压器，输入市电220V的交流电压后,在其输出端将输出稳定的60V交流电压。线路供电方式放大器的电源电路：一般是采用开关式稳压电源，其电路结构是利用一个振荡器，产生几十kHz的振荡信号，经放大、稳压、整流处理后，产生放大器所需的工作电压。电路稳压范围宽,当外电源在35V90V变化时都能输出稳定的工作电压，所以现在大多主干放大器或延长放大器都使用这种电源电路。电源插入器：供电器与线路间的接口器件。,放大器的供电,市电独立供电方式采用交流220V供电；取电方便、独立。安全性较差。出现HM下降和滚道干扰。线路集中供电方式采用供电器交流60V供电。可以通过放大器的电源输入口馈入分配系统，也可以通过电源插入器馈入分配系统。相对比较安全。在个别供电点发生停电，会影响同一线路中未停电用户的正常收视。目前的放大器普遍采用开关式稳压电源，大大提高了放大器的工作稳定度。为了保证节点系统的完整性，优先采用集中供电方式，特别是按500户设计的小区更应采用集中供电。如果光节点规模较大，应该考虑用不间断电源（UPS），给关键点供电。,电缆系统的供电,光节点和放大器都通过同轴电缆进行供电；电源通常为60VAC的准方波电源；商用117VAC或者220VAC电源可能会有大约10%的波动范围，而铁氧体共振转换器电源通常维持在1%的范围之内；正弦波电源不是理想的电源，有两个原因：标准转换器的正弦波信号将会随着线性电压的改变而改变，因此，将在低电压期间产生交流哼声干扰；一些设备并不完全兼容正弦输入信号，因为相对于方波信号而言，正弦波信号的峰值电压将会稍高，其因子大约为1.4。,供电器外形正弦波与方波,系统接地,绑定,需要将网络系统支路持续地与“地”进行绑定所有的电缆和钢索都需要连接在一起回流电流将经过电缆和钢索流至大地,接地和绑定元件,接地棒接地棒卡子接地棒线接地线管绑定卡子,架空系统绑定和接地规则,架空系统的接地必须要遵循当地规章制度;每英里长的电缆至少要有8个接地或者绑定点;接地标准是系统中的第1、第10以及最后一个电线杆要接地;在位于放大器之前和之后的电线杆要接地;用于架空系统的接地棒（典型8英寸）通常要距离电线杆12寸，并至少埋入地下距离地表46寸;同一地点若有两根或两根以上的钢索经过，那么这一点需要进行接地;在架空系统与地埋系统转换的地方要进行接地;,地埋系统绑定和接地规则,地埋系统的接地必须要遵循当地的相关法则所有的供电电源都应当与供电公司的“地”相连所有装入金属箱并至于地下的设备必须要与那个箱子相连所有干线和传输电缆应该在所有放大器位置进行接地，电缆的终端位置也要接地所有的分配电缆都应该在每一个延长放大器位置接地以及电缆终端接地（至少间隔1000英尺）第1个分配器、每隔7个分配器以及线缆终端要进行绑定对于金属光缆，至少每隔2400英尺要进行绑定所有8英尺以内的CATV金属箱要绑定在一起在所有低埋系统相架空系统转换的地方要进行接地或者绑定,4.2.6放大器的技术指标,（1）最小满增益：带AGC的放大器，用手动调整到最大输入时所能得到的增益。（2）频率范围：以放大器最小满增益定义的有效工作频带。双向HFC网络中使用5750MHz、5860MHz双向放大器两种。（3）带内平坦度：放大器在工作频带内最高、最低幅频响应电平相对于基准频率点电平变化量，单位是分贝（dB）。（4）标称增益：也称典型工作增益，指在合适的自动电平控制和标称输入电