Реферат: Расчет различных электрических цепей

Реферат: 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          

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        

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          

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          

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          

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          

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          

1. РАСЧЁТ ИСТОЧНИКА ОПОРНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.1

                                       Таблица 1.1

Расчётные данные          

Исходя из начальных данных, выбираем стабилитрон с  параметрами приведёнными в табл. 1.2.

                                       Таблица 1.2

Параметры стабилитрона

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

Исходя из начальных данных, выбираем стабилитрон с параметрами приведёнными в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Параметры стабилитрона

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

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

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

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

Из справочника выбираем транзистор типа МП25А с  параметрами приведёнными в табл.5.2.

Таблица 5.2

Параметры транзистора

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

Параметры операционного усилителя приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2

Параметы операционного усилителя

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

Параметры операционного усилителя приведены в таблице 7.2.

Таблица 7.2.

Параметры операционного усилителя

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: