Расчет различных электрических цепей

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.