Расчет различных электрических цепей (работа 2)

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 C2-27-0.25-200Ом1%.

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 С2-23-0.125-8.2кОм5%.

А

Ом

Ом

Из ряда сопротивлений выбираем значение номинала равное 680 Ом.

Мощность рассеивания на резисторе равна:

Вт

Исходя из полученных данных выбираем резистор С2-22-0.125-680Ом0.5%.

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-510мкФ10%.

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-22мкФ10%.

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 С2-23-0.125-5.1кОм5%.

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 С2-23-0.125-6.2кОм5% и С2-23-0.125-18кОм5% 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-0.22мкФ10%.

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-0.1мкФ10%.

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 С2-27-1.0-75Ом0.5%.

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 С2-27-0.5-75Ом0.5%.

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-75мкФ10%.

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 резистореиз 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 С2-24-0.25-2.4кОм1% и С2-22-0.125-430Ом1% 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 С2-24-0.5-51Ом5%.

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 резисторав 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-0.33мкФ10%.

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 С2-24-0.25-2.7кОм5% и С2-24-0.25-3.3кОм5%.

Зададимся сопротивлением исходя из условия:

кОм , (6.6)

Ом

Используем резистор марки С2-23-0.125-56кОм5%

Определим ёмкость хронирующего конденсатора:

, (6.7)

Ф

Из ряда номинальных ёмкостей выбираем значение ёмкости равное 0.33 мкФ. Выбираем конденсатор К53-1-0.33мкФ10%.

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 С2-23-0.125-5.6кОм1% и С2-23-0.125-620Ом1% соответственно.

Зададимся сопротивлением исходя из условия:

кОм , (7.6)

Ом

Используем резистор марки С2-23-0.125-56кОм5%

Определим ёмкость хронирующего конденсатора:

, (7.7)

Ф

Из ряда номинальных ёмкостей выбираем значение ёмкости равное 3.9 мкФ. Выбираем конденсатор марки К53-1-3.9мкФ10%.

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 С2-23-0.125-4.3кОм1%.

Значение конденсатора вычислим по формуле:

, (7.13)

нФ

Из ряда номинальных ёмкостей выбираем значение ёмкости равное 20нФ. Выбираем конденсатор К10-17-0.02мкФ5%.

Приложения:

Поз. обоз.	Наименование	Кол	Примечание
R	резистор С2-24-0.25-200Ом1%	1
VD	стабилитрон Д814В	1

Поз. обоз.	Наименование	Кол	Примечание
	Резисторы
R1	С2-22-0.125-680Ом0.5%	1
R2	C2-23-0.125-8.2КОм5%	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	С2-23-0.125-6.2кОм5%	1
R2	С2-23-0.125-18КОм5%	1
R3	СП3-10М-0.25-2.4МОм10%	1	Подбирается
			при настройке
R4	С2-23-0.125-5.1кОм5%	1
	Конденсаторы
C1	К53-4А-0.22мкФ10%	1
C2	К53-4А-0.1мкФ10%	1
	Транзисторы
VT1	МП111А	1
VT2	МП111А	1

Поз. обоз.	Наименование	Кол	Примечание
	Резисторы
R1	С2-24-0.25-2.4кОм1%	1
R2	С2-22-0.125-430Ом1%	1
R3	С2-27-1.0-60Ом0.5%	1
R4	С2-27-0.5-75Ом0.5%	1
R5	С2-24-0.5-51Ом5%	1
	Конденсаторы
C1	К50-6-100В-2200мкФ10%	1
C2	К73-11-15мкФ5%	1
C3	К50-6-50В-1.2мкФ10%	1
C4	К53-4А-0.33мкФ10%	1
VT1	транзистор МП25А	1

Поз. обоз.	Наименование	Кол	Примечание
	Резисторы
R1	С2-23-0.125-56кОм1%	1
R2	СП3-6-0.125-100кОм10%	1	Подбирается
			при настройке
R3	С2-23-0.125-51кОм1%	1
R4	С2-23-0.125-270Ом1%	1
R5	С2-23-0.125-47Ом1%	1
R6	С2-24-0.25-2.7кОм5%	1
R7	С2-24-0.25-3.3кОм5%	1
	Конденсаторы
C1	К53-1-0.33мкФ10%	1
C2	К10-17-0.0015мкФ5%	1
C3	К10-17-0.05мкФ5%	1
DA	микросхема 153УД5	1

Поз. обоз.	Наименование	Кол	Примечание
	Резисторы
R1	С2-23-0.125-4.3кОм1%	1
R2	С2-23-0.125-56кОм1%	1
R3	СП3-10М-0.25-10кОм10%	1	Подбирается
			при настройке
R4	С2-23-0.125-5.6кОм1%	1
R5	С2-23-0.125-620кОм1%	1
	Конденсаторы
C1	К10-17-0.02мкФ5%	1
C2	К53-1-3.9мкФ10%	1
	Диоды
VD1	КД522Б	1
VD2	КД522Б	1
DA	микросхема 140УД6	1