Расчет различных электрических цепей

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%.

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

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

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
Винницкий Государственный технический университет
Кафедра АИИТ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По курсу Электронные Устройства Автоматики »
На тему » РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ «

Выполнил ст. гр. 2АТ-92
Koзловский А.В.
Проверил к.т.н., доцент
Бандак М.И.

Винница 1995
«