2.3 Розробка та розрахунки схем електричних принципових.

Схема електрична - це документ, у якому показані у виді умовних чи зображень позначень частини пристрою (блоки, ІМС, транзистори, конденсатори й ін.) і зв'язку між ними. Вимоги до виконання схем містяться в стандартах. Загальні вимоги до виконання схем, їхнім видам і типам установлює ДСТ 2.701 -84.

В електричних схемах застосовуються умовні графічні позначення (УГП). Стандарти ДСТ 2.721-74 - ДСТ 2.759-82 дають УГП, умовні знаки, символи, мітки.

Основні правила складання електричних схем викладені в ДСТ 2.702-75. Схеми виконуються без дотримання масштабу, чи збільшення зменшення розмірів УГП виробляється довільно, але пропорційно для всіх елементів даної схеми.

Лінії електричного зв'язку зображують у виді горизонтальних і вертикальних відрізків, що мають найменше число зламів і перетинань.

Похилі лінії зв'язку повинні бути мінімальної довжини.

На схемах допускається поміщати технічні дані і вимоги, таблиці і тимчасові діаграми - на вільному полі креслення.

Схема електрична принципова визначає повний склад елементів і зв'язків між ними і дає детальне представлення про принципи роботи. На ній зображують всі електричні з’єднання та елементи чи пристрої, необхідні для здійснення в приладах заданих електричних процесів всіх електричних зв'язків, які закінчуються вхідними і вихідними ланцюгами (рознімання, затиски, з'єднувачі і т.п.).

Проводяться електричні розрахунки чи обгрунтування для всіх дискретних елементів резисторів, конденсаторів, транзисторів і т.п.) у частині їхніх номінальних значень, припустимих навантажень і т.д.

Визначається струм, споживаний пристроєм, для всіх номіналів живлячих напруга. Виходячи з отриманої величини струму і числа входів і виходів пристрою, вибирається тип з'єднувача.

Всім елементам, блокам і функціональним групам пристрою, зображеним на схемі, привласнюються позиційні позначення, що містять інформацію про вид елемента (блоку, функціональної групи) і його порядковому номері в межах даного виду елементів.

Усі зведення про елементи, що входять до складу пристрою і зображених на схемі, записують у перелік елементів, що помішають на першому листі чи схеми виконують у виді самостійної о документа.

Схема електрична принципова розробляється на основі раніше розроблених структурної і функціональної схем, а також з обліком обраної елементної бази.

2.3.1 Розрахунок каскаду попереднього підсилення виконаного за схемою з спільним емітером.

Вихідні дані:

= 5.75 В – напруга на виході каскаду.

= 620 Ом – опір навантаження (вхідний опір наступного каскаду).

= 23 В – напруга джерела живлення.

= 100 Гц – нижня межа діапазону частот сигналу, що підсилюється.

= 2 – допустиме значення коефіцієнта частотних викривлень в області нижніх частот.

Таблиця 1 - Варіанти вихідних даних для розрахунку ПНЧ

Таблиця 2 - Постійні резистори

Таблиця 2.1 - Ряди номінальних значень

Індекс ряду	Позиції ряду	Допустиме відхилення від номінальної величини, %
Е6	1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8	±20
	1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7;
E 12	3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2	± 10
	1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,5; 1,6;
	1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,7; 3,0;
E 24	3,3; 3,6; 3,9; 4,3; 4,7; 5,1;	±5
	5,6; 6,2; 6,8; 7,5; 8,2; 9,1

Таблиця 3 - Конденсатори постійної ємності

Таблиця 4 - Основні параметри транзисторів

Порядок розрахунку:

1. Перевіримо правильність попереднього вибору транзистора:

- Напруга джерела живлення не повинна перевищувати напругу між емітером та колектором.

(1)

- Максимальне значення струму у колекторному колі транзистора не повинно перевищувати величину допустимого струму колектора.

(2)

де - струм спокою в колі колектора.

- амплітуда змінної складової струму у колі колектора.

(3)

де еквівалентний опір навантаження каскаду за змінним струмом. При цьому є навантаженням за постійним струмом.

Виходячи з того, що даний каскад є підсилювачем потужності, для забезпечення максимальної передачі потужності задаємо:

, (4)

тобто = 180 Ом,

Для забезпечення економічності каскаду за мінімальних нелінійних викривлень обирають

На підставі цього необхідно вибрати транзистор, який би забезпечував:

За результатами попереднього розрахунку було обрано у якості підсилюючого елемента транзистор типу КТ 315Г у якого , , ;

2.3.1.2 Знаходимо напругу між колектором та емітером транзистора у режимі спокою.

, (5)

де - напруга між колектором та емітером, нижче якої при роботі каскаду виникають значні нелінійні викривлення через те, що у робочу зону потрапляють ділянки характеристик транзистора зі значною кривизною.

Для малопотужних транзисторів як правило задають = 1 В. Тоді

.

2.3.1.3 Знаходимо потужність, що виділяється на колекторі транзистора:

(6)

При цьому необхідно забезпечувати виконання умови:

(7)

менше чим 150мВт.

Таким чином, вибраний тип транзистора відповідає вимогам за потужністю.

2.3.1.4 Знаходимо опір навантаження у колі колектора. Виходячи з того що:

= 180 Ом,

Потужність, що розсіюється в резисторі:

(8)

Отже

З таблиці 2 вибираємо резистор типу С2 – 33 потужністю 0,25 Вт з опором 180 Ом.

2.3.1.5 Знаходимо опір резистора у ланцюгу термостабілізації:

(9)

При цьому необхідно виконувати співвідношення:

(10)

що забезпечує незначне зниження динамічного діапазону каскаду і падіння напруги на , яке перевищує значення контактного потенціалу переходу транзистора (для забезпечення умов температурної стабілізації режиму спокою каскаду). Отже

Останнє відповідає умові:

Потужність, що розсіюється в

З таблиці 2 вибираємо резистор типу С2 – 33 потужністю 0,125 Вт з опором 40 Ом.

2.3.1.6 Знаходимо ємність конденсатора , що шунтує за умови, що його опір на частоті повинен бути у 10 разів меншим за опір резистора :

≥ (11)

де множник - дозволяє отримувати значення ємності у мікрофарадах.

≥

Робоча напруга на

З таблиці 3 вибираємо конденсатор типу К50-35 ємністю 1000 мкФ. на напругу 6,3 В.

2.3.1.7 Знаходимо величину струму спокою бази транзистора

(12)

2.3.1.8 Оскільки у відкритому стані транзистора напруга між його базою та емітером становить близько 0,6 В, то напруга спокою бази

(13)

і можна знайти орієнтовне значення вхідного опору транзистора

(14)

2.3.1.9 Знаходимо величини опорів резисторів дільника Дільник підімкнено до напруги.

(15)

Величина струму в дільнику вибирається в межах

(16)

що забезпечує незалежність задання режиму спокою транзистора при зміні його параметрів під впливом температури, при заміні на інший і. т. д.

Падіння напруги на резисторі складає:

(17)

(18)

; (19)

Отже,

;

З таблиці 2 вибираємо = 5,5КОм; = 1,5 КОм.

Знаходимо потужність, що виділяється на резисторах :

(20)

(21)

З таблиці 2 вибираємо резистори типу С2 – 33 потужністю 0,125 Вт.

2.3.1.10 Знаходимо ємність конденсатора C₂ за умови забезпечення допустимого значення коефіцієнта частотних викривлень М_Н:

(22)

Значення якої отримуємо у мікрофарадах.

Робочу напругу С₂ приймаємо рівною

(23)

Тоді

З таблиці 3 вибираємо конденсатор типу К73 – 17 ємністю 6 мкФ на напругу 250 В.

2.3.1.11 Знаходимо амплітудні значення струму і напруги на вході каскаду:

(24)

де - мінімальне значення коефіцієнта передачі струму в схемі з спільним емітером для обраного транзистора.

(25)

Необхідна потужність вхідного сигналу:

(26)

2.3.1.12 Знаходимо розрахункові коефіцієнти підсилення каскаду за струмом, напругою та потужністю:

(27)

(28)

(29)

Діапазон можливих значень коефіцієнта підсилення у транзисторів досить широкий: для КТ315Г він складає h21є = 50 – 350. Отже основний параметр може перевищувати своє значення май же у шість разів.

На перший погляд це може здатися суттевим недоліком, бо результати розрахунків, що ми отримали, виявилися досить приблизними. Але з розділу 3.8.3 [1] Ви знаєте про застосування від’ємних зворотних зв’язків, введення яких стабілізує значення коефіцієнта підсилення, а також покращує інші параметри підсилювачів.

2.3.1.13 Схему електричну принципову розрахованого ПНЧ з спільним емітером наведено на рис. 1.

Рис. 1 Каскад ПНЧ з спільним емітером.

Схема електрична принципова.

Рисунок 1 Схема електрична принципова