Расчет различных электрических цепей КУРСОВОЙ ПРОЕКТ На тему:" РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ " ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 1.Рассчитать источник опорного напряжения на стабилитроне, если известны такие входные данные: напряжение стабилизации , коэффициент стабилизации , абсолютное изменение температуры окружающей Среды . Привести схему источника опорного напряжения. Входные данные представлены в таблице 1. Таблица 1. Расчётные данные , В , С 10.5 17 35 2.Рассчитать параметрический стабилизатор напряжения, если известны такие входные данные: напряжение стабилизации , ток нагрузки стабилизатора , коэффициент стабилизации . Привести схему стабилизатора. Входные данные представлены в таблице 2. Таблица 2. Расчётные данные , В , мА 13 20 1.6 3.Рассчитать сглаживающий фильтр типа LC, если известны такие входные данные: выпрямленное напряжение , выпрямленный ток , коэффициент пульсации выпрямленного напряжения . Привести принципиальную схему фильтра. Входные данные представлены в таблице 3. Таблица 3. Расчётные данные , В ,% , A 40 0.18 0.08 4.Рассчитать эммитерный повторитель на составном транзисторе типа n-p-n, если известны такие входные данные: амплитуда входного напряжения , номинальное нагрузочное сопротивление источника сигнала , нижняя частота диапазона усиливаемых частот , высшая частота диапазона , частотные искажения на низких частотах . Привести принципиальную схему повторителя. Входные данные представлены в таблице 4. Таблица 4. Расчётные данные ,В , кОм ,Гц , Гц , Дб 0.5 200 10 50000 1.1 5.Рассчитать усилительный каскад, выполненный на транзисторе по схеме с общим эммитером, если известны такие входные данные: нижняя частота диапазона усиливаемых частот , высшая частота , максимальный входной ток следующего каскада , коэффициент частотных искажений на нижних частотах , на верхних частотах , напряжение питания . Привести принципиальную схему усилителя. Входные данные представлены в таблице 5. Таблица 5. Расчётные данные Тип транзи-стора , кГц , кГц мА , В Тип проводи мости МП25A 0.3 20 55 2.5 2.5 30 p-n-p 6.Рассчитать мультивибратор на операционном усилителе в автоколебательном режиме. Привести полную принципиальную схему рассчитанного мультивибратора с учётом схем включения операционнго усилителя. Входные данные представлены в таблице 6. Таблица 6. Расчётные данные Тип операционного усилителя Пороговое напряжение , где равняется Длительность импульсов , мс 153УД5 0.55 20 7.Рассчитать мультивибратор на операционном усилителе в ждущем режиме. Привести полную принципиальную схему рассчитанного мультивибратора с учётом схемы включения операционного усилителя. Входные данные представлены в таблице 7. Таблица 7. Расчётные данные Тип операционного усилителя Пороговое напряжение , где равняется Длительность импульсов , мс Период повторения запуск. импульсов , мс 140УД6 0.1 2 60 1. РАСЧЁТ ИСТОЧНИКА ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.1 Таблица 1.1 Расчётные данные , В , С 10.5 17 35 Исходя из начальных данных, выбираем стабилитрон с параметрами приведёнными в табл. 1.2. Таблица 1.2 Параметры стабилитрона Тип стабилитрона , В ,мА min ,мА max ,Ом , %/ С , max Д814В 10.5 3 32 12 +0.09 0.34 Определим сопротивление резистора , , (1.1) Ом Из ряда номинальных сопротивлений выбираем значение номинала резистора равное 200 Ом.Определим максимальную мощность рассеивания на резисторе: , (1.2) Вт На основании полученных значений выбираем резистор C2-27-0.25-200Ом 1%. Определим номинальный ток стабилитрона: , (1.3) А Определим падение напряжения на резисторе при номинальном токе стабилитрона: , (1.4) В Определим значение входного напряжения при номинальном токе: , (1.5) Рассчитаем изменение напряжения стабилизации при изменении тока от до : , (1.6) В Расчитаем изменение напряжения стабилизации при изменении тока от до : , (1.7) В Расчитаем допустимое изменение напряжения питания ,которое может привести к изменению тока от до : , (1.8) В Расчитаем допустимое изменение напряжения питания ,которое может привести к изменению тока от до : , (1.9) В Вычислим КПД источника опорного напряжения в номинальном режиме: % , (1.10) Вычислим изменение напряжения стабилизации за счет изменения температуры внешней среды : , (1.11) В 2. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРИЧEСКОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ Исходные данные для расчета приведены в табл. 2.1. Таблица 2.1 Расчётные данные , В , мА 13 1.6 20 Исходя из начальных данных, выбираем стабилитрон с параметрами приведёнными в табл. 2.2. Таблица 2.2 Параметры стабилитрона Тип стабилитрона , В ,мА min ,мА max ,Ом , %/ С , max 2C213Б 13 3 10 25 0.075 0.125 Определим сопротивление резистора , , (2.1) где: ; ; ; Определим значение : Ом Из ряда номинальных сопротивлений выбираем значение номинала равное 8200 Ом. Мощность рассеивания на резисторе равна: Вт Исходя из полученных данных выбираем резистор С2-23-0.125-8.2кОм 5%. А Ом Ом Из ряда сопротивлений выбираем значение номинала равное 680 Ом. Мощность рассеивания на резисторе равна: Вт Исходя из полученных данных выбираем резистор С2-22-0.125-680Ом 0.5%. Вычислим необходимое значение напряжения на входе стабилизатора при номинальном токе стабилитрона: , (2.2) В Определим КПД стабилизатора: , (2.3) Расчитаем изменение напряжения стабилизации при изменении тока от до : , (2.4) В Расчитаем изменение напряжения стабилизации при изменении тока от до : , (2.5) В Расчитаем допустимое изменение напряжения питания ,которое может привести к изменению тока от до : , (2.6) В Расчитаем допустимое изменение напряжения питания ,которое может привести к изменению тока от до : ’ (2.7) В 3. РАСЧЁТ СГЛАЖИВАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ ТИПА LC Исходные данные для расчета приведены в табл. 3.1. Таблица 3.1 Расчётные данные , В ,% , A 40 0.18 0.8 Определим ёмкость конденсатора на входе фильтра, которая обеспечит пульсацию не превышающую 10% , при условии, что фильтр подключен к мостовому выпрямителю: , (3.1) где: - в микрофарадах, мкФ; - в миллиамперах, мА; - в вольтах, В. мкФ Из ряда номинальных ёмкостей выбираем значение равное 510 мкФ. Напряжение на конденсаторе должно быть в 1.5 раза больше . На этом основании выберем конденсатор К50-3-60В-510мкФ 10%. Уточним коэффициент пульсации на входе фильтра: , (3.2) Определим коэффициент сглаживания, который должен обеспечивать фильтр: , (3.3) Коэффициент сглаживания каждого звена двухзвеньевого фильтра определяем по формуле: , (3.4) Определяется равенство: , (3.5) Зададим значения емкостей конденсаторов и равными 22 мкФ. По значению ёмкостей и максимального рабочего напряжения выбираем конденсаторы К50-3-60В-22мкФ 10%. Из (3.5) определим значение : , Гн т.к. то . Расчитаем конструктивные параметры дросселей. Выходными данными для расчета являются индуктивности дросселей и значения выпрямленного тока. Ширина среднего стержня определяется по формуле: , (3.6) где: - в см; - в Гн; - в А. см Выберем из справочника стандартные пластины типа ШI со следующими параметрами: ширина среднего стержня - 2.8 см; высота окна - 4.2 см; ширина окна - 1.4 см. Площадь окна находим по формуле: , (3.7) где: - ширина, см; - высота, см. кв.см Вычислим количество витков обмотки каждого дросселя: , (3.8) где: - площадь окна а кв.мм; - коэффициент заполнения окна медью равный 0.27; - плотность тока равная 2А.кв.мм; - выпрямленный ток в А. Находим диаметр провода обмотки дросселя: , (3.9) мм Из справочника выбираем диаметр провода равный 0.75мм (допустимый ток 0.884 А). Вычисляем площадь сечения дросселя: , (3.10) где: - в кв.мм; - в Гн; - в А; - магнитная индукция сердечника равная 0.8 Тл. кв.см Расчитаем толщину набора сердечника дросселя: , (3.11) см Для избежания насыщения сердечника дросселя между ярмом и сердечником делают воздушный зазор. Поскольку магнитный поток дважды проходит через зазор, то толщина немагнитной прокладки (из бумаги или картона)равна . , (3.12) где: - в А; - в Тл; - в см. см Подсчитаем среднюю длину витка обмотки: , (3.13) см Вычислим активное сопротивление обмотки дросселя: , (3.14) где: - в см; - в мм; - в Ом. Ом Сопротивление двух последовательно соединенных дросселей равно: , (3.15) Ом Подсчитаем спад напряжения на активном сопротивлении дросселей: , (3.16) В 4. РАСЧЁТ ЭМИТТЕРНОГО ПОВТОРИТЕЛЯ Исходные данные для расчета приведены в табл. 4.1. Таблица 4.1 Расчётные данные ,В , кОм ,Гц , Гц , Дб 0.5 200 10 50000 1.1 Определим величину мощности , которую может отдать источник сигнала в входную цепь усилителя при условии равенства входного сопротивления каскада : , (4.1) Вт Считая, что в усилителе достаточно велико, используют составной транзистор по схеме с общим коллектором. При таком соединении коэффициент усиления каскада по мощности можно принять равным 20 Дб. Из справочника выбираем транзисторы типа МП111A с параметрами приведенными в табл.4.2. Таблица 4.2 Параметры транзистора коэффициент усиления по току максимально допустимое напряжение коллектор-эмитттер,В максимально допустимый ток коллектора, мА максимальная мощность рассеивания на коллекторе, мВт выходная полная проводимость, мкСм граничная частота транзистора, МГц 20 10 20 150 1.25 1 Напряжение источника питания в цепи коллектора составляет от 0.4 до 0.5 максимально допустимого напряжения коллектор-эмиттер. Примем равным 5 В. Максимальное значение входного сопротивления каскада определяется как половина сопротивления коллекторного перехода, которое в свою очередь вычисляется по формуле: , (4.2) Ом Определив получаем, что равно 400 кОм. Частотные искажения на высшей частоте диапазона частотными свойствами транзисторов и их схемой включения. Для схемы эмиттерного повторителя: , (4.3) где: ; - высшая частота диапазона; - граничная частота транзистора; - коэффициент усиления по току в схемах с общим эмиттером. Сопротивление нагрузки каскада находим по формуле: , (4.4) где: - напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT2 в ре- жиме покоя; - ток эмиттера в режиме покоя. Для повышения входного сопротивления и снижения уровня шума примем = 2.5 В, а ток = 0.5 мА. Ом Из ряда номинальных сопротивлений выбираем номинал который равен 5.1 кОм. На основании полученных данных выбираем резистор С2-23-0.125-5.1кОм 5%. Чтобы определить и примем ток делителя, созданный этими сопротивлениями, равным 0.2 мА. Используя отношение , из формулы : , (4.5) Ом Ом Из ряда номинальных сопротивлений выбираем номиналы регистров и равными 6.2 кОм и 18 кОм соответственно. На основании полученных данных выбираем резисторы С2-23-0.125-6.2кОм 5% и С2-23-0.125-18кОм 5% соответственно. Определим ёмкость разделительного конденсатора : , (4.6) где: - выходное сопротивление эмиттерного повторителя равоне 150 Ом; - нижняя частота диапазона усиления; - частотные искажения на НЧ от . Частотные искажения на низких частотах, которые возникают в схеме из-за и определим по формулам: , (4.7) , (4.8) Дб Дб В относительных единицах: мкФ Из ряда номинальных ёмкостей выбираем значение ёмкости равное 0.22 мкФ. Рабочее напряжение много больше . На основании полученных данных выбираем конденсатор К53-4А-0.22мкФ 10%. Найдём ёмкость разделительного конденсатора на входе усилителя: , (4.9) мкФ Из ряда номинальных ёмкостей выбираем значение ёмкости = 0.1 мкФ. Рабочее напряжение много больше . На основании полученных данных выбираем конденсатор К53-4А-0.1мкФ 10%. 5. РАСЧЁТ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ ПО СХЕМЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ Исходные данные для расчета приведены в табл.5.1 Таблица 5.1 Расчётные данные Тип транзи-стора , кГц , кГц мА , В Тип проводи мости МП25A 0.3 20 55 2.5 2.5 30 p-п-р Из справочника выбираем транзистор типа МП25А с параметрами приведёнными в табл.5.2. Таблица 5.2 Параметры транзистора коэффициент усиления по току максимально допустимое напряжение коллектор-эмитттер,В максимально допустимый ток коллектора, мА максимальная мощность рассеивания на коллекторе, мВт выходная полная проводимость, мкСм граничная частота транзистора, МГц 35 40 400 200 3.5 0.2 Определим величину тока в цепи коллектора: , (5.1) А Найдём сопротивление нагрузки в цепи коллектора: , (5.2) Ом Из ряда номинальных сопротивлений выбираем величину номинала равную 160 Ом. Мощность рассеивания на резисторе равна: , (5.3) Вт Исходя из полученных данных выбираем резистор С2-27-1.0-75Ом 0.5%. Определим сопротивление резистора в цепи термостабилизации: , (5.4) Ом Из ряда номинальных сопротивлений выбираем величину номинала равную 75 Ом. Принимаем, что . Мощность рассеивания на резисторе равна: , (5.5) Вт Исходя из полученных данных выбираем резистор С2-27-0.5-75Ом 0.5%. Найдём ёмкость конденсатора : , (5.5) где: - в Гц; - в Ом; - в мкФ. мкФ Из ряда номинальных ёмкостей выбираем величину ёмкости равную 75 мкФ. Используя полученные данные выбираем конденсатор К50-6-60В-75мкФ 10%. Определим напряжение между коллектором и эмиттером транзистора в режиме покоя: , (5.6) В Ток покоя базы равен: , (5.7) А Расчитаем элементы делителя напряжения и . Для этого определяем падение напряжения на резисторе из отношения: , (5.8) В Найдём напряжение на делителе , : , (5.9) В Определяем ток в цепи делителя из условия: , (5.10) А Вычисляем : , (5.11) Падение напряжения на резисторе . Значение напряжения В. Ом Из ряда номинальных сопротивлений выбираем значение номинала равное 2400 Ом. Вычисляем : , (5.12) Ом Из ряда номинальных сопротивлений выбираем значение номинала равное 430 Ом. Находим мощности рассеивания на этих резисторах: , (5.13) Вт , (5.14) Вт Используя полученные результаты выбираем резисторы С2-24-0.25-2.4кОм 1% и С2-22-0.125-430Ом 1% соответственно. Просчитаем элементы развязывающего фильтра: , (5.15) , (5.16) Ом Из ряда номинальных сопротивлений выбираем значение номинала равное 51 Ом. , (5.17) Вт Используя полученные данные выбираем резистор С2-24-0.5-51Ом 5%. Ф Из ряда номинальных ёмкостей выбираем величину ёмкости равную 2200 мкФ. Рабочее напряжение должно быть не меньше, чем . Используя полученные данные выбираем конденсатор К-50-6-100В-2200мкФ. Амплитудное значение тока на входе каскада находим по формуле: , (5.18) А Найдём коэффициент усиления по напряжению на средних частотах: , (5.19) где: -входное сопро- тивление каскада; - эквивалентное сопротивление каскада. Эквивалентное сопротивление каскада вычисляется по формуле: , (5.20) где: - сопротивление резистора в де- лителе следующего каскада. Допустим, что транзисторы в расчитанном и следующем каскаде однотипные тогда: (5.21) Ом Ом Найдём минимальное значение коэффициента усиления каскада по мощности в относительных еденицах: , (5.22) в децибелах: , (5.23) Дб Ёмкость разделительного конденсатора определим по формуле: , (5.24) где: , - в Ом; - в Гц; - в мкФ. мкФ Из ряда номинальных ёмкостей выбираем значение ёмкости равное 0.33 мкФ. Рабочее напряжение как и у конденсатора . На этом основании выбираем конденсатор К53-4А-0.33мкФ 10%. Определим величину коэффициента частотных искажений каскада на верхних частотах диапазона: , (5.25) где: - эквивалентная ёмкость, которая нагружает рассчитанный каскад, и равная 200 пкФ. 6. РАСЧЁТ МУЛЬТИВИБРАТОРА НА ОПЕРАЦИОННЫМ УСИЛИТЕЛЕ В АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ Исходные данные для расчёта приведены в табл. 6.1. Таблица 6.1 Расчётные параметры Тип операционного усилителя Пороговое напряжение , где равняется Длительность импульсов , мс 153УД5 0.55 20 Параметры операционного усилителя приведены в таблице 6.2. Таблица 6.2 Параметы операционного усилителя ,В , В ,кОм ,В/мкс 15 10 2 0.1 Примем, что . Исходя из формулы: , (6.1) определяем отношение сопротивления резисторов и : , (6.2) Сумма сопротивлений и должна удовлетворять соотношению: , (6.3) Используя (6.2) и (6.3) получаем формулы: , (6.4) , (6.5) Ом Ом Из ряда номинальных сопротивлений выбираем значение сопротивлений и соответственно 2.7 кОм и 3.3 кОм. Используем резисторы марки С2-24-0.25-2.7кОм 5% и С2-24-0.25-3.3кОм 5%. Зададимся сопротивлением исходя из условия: кОм , (6.6) Ом Используем резистор марки С2-23-0.125-56кОм 5% Определим ёмкость хронирующего конденсатора: , (6.7) Ф Из ряда номинальных ёмкостей выбираем значение ёмкости равное 0.33 мкФ. Выбираем конденсатор К53-1-0.33мкФ 10%. Определим длительности и генерированных импульсов по формуле: , (6.8) мкс 7. РАСЧЁТ МУЛЬТИВИБРАТОРА НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ В ЖДУЩЕМ РЕЖИМЕ Исходные данные для расчёта приведены в табл. 7.1. Таблица 7.1 Расчётные данные Тип операционного усилителя Пороговое напряжение , где равняется Длительность импульсов , мс Период повторения запуск. импульсов , мс 140УД6 0.1 2 60 Параметры операционного усилителя приведены в таблице 7.2. Таблица 7.2. Параметры операционного усилителя ,В , В ,кОм ,В/мкс 15 12 2 2.5 Примем, что . Исходя из формулы: , (7.1) определяем отношение сопротивления резисторов и : , (7.2) Сумма сопротивлений и должна удовлетворять соотношению: , (7.3) Используя (7.2) и (7.3) получаем формулы: , (7.4) , (7.5) Ом Ом Из ряда номинальных сопротивлений выбираем значение сопротивлений и соответственно 5.6 кОм и 620 Ом .Используем резисторы марки С2-23-0.125-5.6кОм 1% и С2-23-0.125-620Ом 1% соответственно. Зададимся сопротивлением исходя из условия: кОм , (7.6) Ом Используем резистор марки С2-23-0.125-56кОм 5% Определим ёмкость хронирующего конденсатора: , (7.7) Ф Из ряда номинальных ёмкостей выбираем значение ёмкости равное 3.9 мкФ. Выбираем конденсатор марки К53-1-3.9мкФ 10%. Определим длительности и генерированных импульсов по формуле: , (7.8) мкс Время восстановления схемы определим по формуле: , (7.9) мс Амплитуду входных запускающих импульсов вычислим по формуле: , (7.10) В Длительность входных запускающих импульсов определяется по формуле: , (7.11) мкс Сопротивление резистора вычисляется по формуле: , (7.12) Ом Из ряда номинальных сопротивлений выбираем значение номинала равное 4.3кОм. Выбираем резистор С2-23-0.125-4.3кОм 1%. Значение конденсатора вычислим по формуле: , (7.13) нФ Из ряда номинальных ёмкостей выбираем значение ёмкости равное 20нФ. Выбираем конденсатор К10-17-0.02мкФ 5%. Приложения: Поз. обоз. Наименование Кол Примечание R резистор С2-24-0.25-200Ом 1% 1 VD стабилитрон Д814В 1 Поз. обоз. Наименование Кол Примечание Резисторы R1 С2-22-0.125-680Ом 0.5% 1 R2 C2-23-0.125-8.2КОм 5% 1 VD стабилитрон 2С213Б 1 Поз. обоз. Наименование Кол Примечание Конденсаторы C1 К50-3-60В-510мкФ 1 C2 К50-3-60В-22мкФ 1 C3 то же 1 Дроссели L1 1 L2 1 Поз. обоз. Наименование Кол Примечание Резисторы R1 С2-23-0.125-6.2кОм 5% 1 R2 С2-23-0.125-18КОм 5% 1 R3 СП3-10М-0.25-2.4МОм 10% 1 Подбирается при настройке R4 С2-23-0.125-5.1кОм 5% 1 Конденсаторы C1 К53-4А-0.22мкФ 10% 1 C2 К53-4А-0.1мкФ 10% 1 Транзисторы VT1 МП111А 1 VT2 МП111А 1 Поз. обоз. Наименование Кол Примечание Резисторы R1 С2-24-0.25-2.4кОм 1% 1 R2 С2-22-0.125-430Ом 1% 1 R3 С2-27-1.0-60Ом 0.5% 1 R4 С2-27-0.5-75Ом 0.5% 1 R5 С2-24-0.5-51Ом 5% 1 Конденсаторы C1 К50-6-100В-2200мкФ 10% 1 C2 К73-11-15мкФ 5% 1 C3 К50-6-50В-1.2мкФ 10% 1 C4 К53-4А-0.33мкФ 10% 1 VT1 транзистор МП25А 1 Поз. обоз. Наименование Кол Примечание Резисторы R1 С2-23-0.125-56кОм 1% 1 R2 СП3-6-0.125-100кОм 10% 1 Подбирается при настройке R3 С2-23-0.125-51кОм 1% 1 R4 С2-23-0.125-270Ом 1% 1 R5 С2-23-0.125-47Ом 1% 1 R6 С2-24-0.25-2.7кОм 5% 1 R7 С2-24-0.25-3.3кОм 5% 1 Конденсаторы C1 К53-1-0.33мкФ 10% 1 C2 К10-17-0.0015мкФ 5% 1 C3 К10-17-0.05мкФ 5% 1 DA микросхема 153УД5 1 Поз. обоз. Наименование Кол Примечание Резисторы R1 С2-23-0.125-4.3кОм 1% 1 R2 С2-23-0.125-56кОм 1% 1 R3 СП3-10М-0.25-10кОм 10% 1 Подбирается при настройке R4 С2-23-0.125-5.6кОм 1% 1 R5 С2-23-0.125-620кОм 1% 1 Конденсаторы C1 К10-17-0.02мкФ 5% 1 C2 К53-1-3.9мкФ 10% 1 Диоды VD1 КД522Б 1 VD2 КД522Б 1 DA микросхема 140УД6 1