Возможная область применения автогенератора

Содержание
Техническое задание …………………………………………………………...3
Возможная область применения автогенератора………………………….....5
Выбор блок-схемы………………………………………………………………6
Расчет элементов оконечного каскада………………………………………...8
Расчет повторителя на транзисторах VT7, VT8……………………………..20
Расчет аттенюатора…………………………………………………………….24
Расчет повторителя на транзисторах VT5, VT6……………………………..27
Расчет цепи Вина……………………………………………………………….31
Расчет отрицательной нелинейной обратной связи…………………………35
Расчет предварительного усилителя на транзисторах VT3-VT4……….....37
Расчет повторителя на транзисторах VT1, VT2…………………………….46
Расчет разделительных емкостей……………………………………………..50
Расчет параметрического стабилизатора напряжения………………………54
Расчет радиаторов………………………………………………………….......59
Расчет АЧХ и ФЧХ……………………………………………………………..61
Карты режимов………………………………………………………………….66
Спецификация элементов………………………………………………………71
Технология производства и изготовления печатных и монтажных плат… 73
Список использованных источников…………………………………………75
Приложение …………………………………………………………………….76

1. Техническое задание
Спроектировать электронное устройство, учитывая параметры, приведенные в техническом задании.
Исходные данные:
№ вариант ФИО Pвых [вт] Rн[Ом] fн[Гц] Мн* аттенюатор[Дб]
18 2 1 8 4 3,994 12,63 65,78 1,1367 -0,630
Кf , % Rвх [кОм] Uвх[в] Uбэнач мах[в] Сн[пФ] День защиты
С1 С2 0,0804 0,859 129 149 *) В техническом задании обнаружена опечатка Мн=0,1367, исправлено на Мн=1,1367, так как должно быть Мн>1.
1. Провести упрощенный инженерный расчет выходного каскада усилителя мощности в соответствии с исходными данными по варианту.
2.Использовать при расчетах среднее значение β транзистора, приведенное в справочнике, но не более 150.
3. Во всех каскадах ввести обратную отрицательную связь с глубиной не менее 5, т.е. F≥5.
4. Для одного из каскадов рассчитать АЧХ и ФЧХ до М=√2.
5. Привести карту режимов и спецификацию элементов.
6. Все элементы должны быть пронумерованы. Нумерация элементов сквозная.
7. Отклонение всех параметров от расчетных (заданных) не более ±10%.
8. В аттенюаторе регулировка плавная и дискретная.
9. Значения резисторов и конденсаторов выбираются в соответствии номиналами (использовать ряд Е24, Е6, Е3).
10. Оформление курсовой работы согласно ГОСТ 7.32-2001 «Отчёт о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления».
11. Привести информацию об изготовлении печатных и монтажных плат.
12. Спроектировать принципиальную электрическую схему электронного устройства и привести в графической части работы на листе формата А3, с использованием пакета прикладных программ (таких как AutoCAD, sPlan 7 Portable Rus и т.п.)

2. Возможная область применения автогенератора
Автогенератор с выходным каскадом усилителя мощности может использоваться в качестве самостоятельного устройства генерирования синусоидальных колебаний звуковой частоты средней и большой мощности с высокими техническими параметрами (низкий коэффициент нелинейных искажений в рабочей полосе частот от десятков Герц до десятков килогерц) при работе на низкоомную нагрузку (например, акустическую систему высокой четкости сопротивлением 8-16 Ом). Такой генератор может найти применение в профессиональных устройствах акустического анализа различных помещений – звуковых студий, концертных залов и т.п.

3. Выбор блок-схемы
Автономный источник синусоидальных колебаний, работающий в режиме самовозбуждения, называется генератором. Он является преобразователем энергии источника питания в энергию колебаний переменного тока требуемой частоты.
RC-генераторами называются автогенераторы, частота входных колебаний которых определяется цепями, состоящими из сопротивлений и емкостей.
Структурная схема RC-автогенератора с мостом Вина может быть представлена в виде замкнутой системы.

Рис. 1 Блок-схема автогенератора с мостом Вина
Источник питания (на схеме не обозначен);
Цепь Вина используется как частотозадающая цепь;
Повторитель (П1) служит для согласования фазирующей цепи с усилителем напряжения по сопротивлению;
Усилители напряжения (УН1, УН2) обеспечивают баланс фаз и баланс амплитуд (при введении нелинейной отрицательной обратной связи);.
Повторители (П2 и П3) согласуют задающий генератор с усилителем мощности по сопротивлению и обеспечивающих необходимый режим работы аттенюатора
Аттенюатор (АТТ) служит для плавной и ступенчатой регулировки уровня ослабления выходного напряжения.
Усилитель мощности (УМ), охваченный отрицательной обратной связью, предназначен для обеспечения заданной мощности на заданном сопротивлении нагрузки.

4. Расчет оконечного каскада
Принципиальная электрическая схема выходного оконечного каскада приведена на рисунке 2.

Рис.2 Принципиальная электрическая схема выходного усилителя мощности

Выбор режима работы.
Работа в режиме «В» хотя и имеет высокий КПД 50-60 %, но приводит к чрезмерно большим нелинейным искажениям, вызванными наличием нелинейного участка в начале входной вольтамперной характеристики.
Схема усилителя работает с низким уровнем нелинейных искажений и невысоким КПД (около 35-40%), если все каскады усилителя работают в режиме «А».
Расчет будем вести в режиме «А», и общий уровень нелинейных искажений будет понижен до требуемого значения путем введения глубокой общей ООС, охватывающей оба каскада усиления.
1. Определяем амплитудные значения тока и напряжения на нагрузке:
IНМ=2∙PН RН=2∙3,994 12,63 =0,7953 А ,UНМ=2∙PН·RН= 2∙3,994·12,63=10,04 В.
Определим максимально допустимую мощность рассеивания на транзисторах VT12, VT13:
PК доп=PН 2·ηA= 3,9942·0,35=5,706 Вт,где ηА – КПД, равный 35 - 40%. Поскольку в режиме «А» предельный КПД составляет 50%, а реальный не выше 35 - 40%.
Определим UКЭ12=UКЭ13:
(В),
где U0 - запас, исключающий попадание рабочей точки в область насыщения, для различных типов транзисторов колеблется в пределах 0,5 - 3 В, для маломощных транзисторов можно выбирать в пределах 1-2 В;
КПΣ - коэффициент передачи всего усилителя мощности. Практически значение КПΣ находится в пределах 0,7-0,9, в зависимости от величины нагрузки. При нагрузках ниже 5-10 Ом следует принимать меньшее значение.
Принимаем U0 = 3 В, КПΣ = 0,75 и определяем
UКЭ12= UКЭ13= UНМ KП∑+ U0= 10,04 0,75+ 3=16,39 В.Определим величину напряжения источника питания
EК=2·UКЭ12,13+ 2·Uзап=2·UКЭ12,13+ 2·UR41,R40= =2·16,39+ 2·0,8=34,38 В,где Uзащ = 0,8 В – падение напряжения на резисторе защиты (R41), можно принять в пределах 0,8 – 1 В.
Принимаем ЕК = 40 В, в соответствии со стандартным рядом источников питания (ГОСТ 23366-78).
Пересчитываем значения напряжений коллектор-эмиттер транзисторов V12 и V13:
UКЭ12,13= EК -2·Uзап 2= 40 -2·0,8 2=19,2 В. Выбираем из справочника [3] транзисторы VT13, VT12, соответствующие по мощности (должна не менее чем в два раза превышать расчетную PКдоп), напряжению на участке коллектор – эмиттер (должно быть больше), току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:
Модель Тип P, Вт Uкэ доп, В Ikmax, A βтип fгр, МГц Cк, пФ Iко, мА
VT12 КТ817В n-p-n 25 60 3 30 3 60 3
VT13 КТ817В n-p-n 25 60 3 30 3 60 3
Необходимо учитывать, что у выбираемых в качестве выходных транзисторов допустимое напряжение Uкэ.доп должно соответствовать неравенству .
Определяем токи покоя и токи базы транзисторов VT12, VT13:
IП12 = 0,5IНМАХ + IН.У. = 0,5·0,7953 + 0,015 = 0,4126 (А),
где IН.У.- неуправляемая часть тока покоя, определяемая наличием теплового тока коллектора IK0 (определяется из справочных данных).
= 5·3 = 15 (мА),
Iб12= IП12 β12= 0,4126 30=0,01375 (А),
Iп13 = Iп12 + Iб12 = 0,4126 + 0,01375= 0,4264 (А),
Iб13= IП13 β12= 0,4264 30=0,01421 (А).
Определим значение резистора защиты Rз = R43,42. Значение резистора защиты Rз должно быть достаточно большим, чтобы ограничить на допустимом уровне величину тока через транзисторы VT12 и VT13 и в то же время снижений коэффициента полезного действия при введении Rз должно быть незначительным:
= 0,859 0,4126=2,082 (Ом),
где значение Uбэ12,13 дано в техническом задании.
Значение резистора Rз=R43,42 принимаем в соответствии с рядом Е24:
Rз = 2,0 Ом.
Определяем ток покоя транзистора VT10:
Iп10 = 4· Iб12 = 4·0,01375 = 0,05502 (А),
Определяем постоянное напряжение UКЭ10,11:
UКЭ10,11= UКЭ12,13- Uбэ12,13= 19,2 -0,859= 18,34 В. Определим мощность, рассеиваемую на транзисторах VT10, VT11:
PК10,11=UКЭ10,11·IП10,11=18,34·0,05502=1,009 (Вт). 10. Выбираем из справочника [3] транзисторы VT10, VT11 соответствующие по мощности (должна не менее чем в два раза превышать расчетную PКдоп), напряжению на участке коллектор – эмиттер (должно быть больше), току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:
Модель Тип P, Вт Uкэ доп, В Ikmax, A βтип fгр, МГц Cк, пФ Iко, мА
VT10 КТ815В n-p-n 10 60 1,5 70 3 40 1
VT11 КТ814В p-n-p 10 60 1,5 70 3 40 1
11. Определим сквозной ток через транзисторы VT10, VT11:
I10,11 = Iп10 - Iб12 - Iб13 = 0,05502– 0,01375– 0,01421 = 0,02705 (А).
12. Определим токи покоя и токи базы транзисторов VT10, VT11
Iб10= Iп10 β10= 0,05502 70=0,000786 А; Iп11 ≅ Iп10 - Iб13 = 0,05502-0,01421=0,04081 А;
Iб11= Iп11 β11= 0,04081 70=0,000583 А. Iп11 = Iп10 - Iб13 + Iб10 - Iб11 = 0,02705-0,01421+0,000786-0,000583==0,04101 А.13. Определим ток покоя транзистора VT9:

Для обеспечения максимальных усилительных свойств транзистора VT9, можно принять значение
Iп9 = 0,005 А.
14. Определим напряжение на резисторе R36:
UR36= 0,05·Eк=0,05·40= 2,0 В.15. Определим напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT9, при этом значение Uбэ можно принять равным 0,7 В для всех остальных транзисторов в данном устройстве:
UКЭ9= Eк- UКЭ12,13-Uзащ - Uбэ12,13-UR34== 40-19,2 -0,8-0,7-2,0= 17,3 В.16. Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT9:
PК9=UКЭ9·IП9=17,3·0,005=0,0865 (Вт).17. Выбираем из справочника [3] транзистор VT9, соответствующий по мощности (должна не менее чем в два раза превышать расчетную PКдоп), напряжению на участке коллектор – эмиттер (должно быть больше), току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:
Модель Тип P, Вт Uкэ доп, В Ikmax, A βтип fгр, МГц Cк, пФ Iко, мА
VT9 КТ503Г n-p-n 0,5 60 0,3 135 15 10 < 0,01
18. Определим сквозной ток и ток базы транзистора VT9:
I9 = Iп9 - Iб11 = 0,005 - 0,000583 ≅ 0,004417 (А);
Iб9= Iп9 β9= 0,005 135=3,7·10-5 А.19. Выбираем ток делителя .
Пусть = 10·3,7·10-5= 3,7·10-4=0,00037 (А).
20.Определим значения сопротивлений в схеме и выберем резисторы в соответствии с рядом Е24:
IR42 = IП12 + Iб12 = 0,4126 + 0,01375 = 0,4264 (А),
R42= Uзащ IR42=0,80,4264=1,876 ≅ 1,8 Ом (ряд Е24),
UR42=R42·IR42= 0,8·0,4264 = 0,7675 (В),
IR43 = IП13 + Iб13 = 0,4264 + 0,01421 = 0,4406 (А).
Пересчитаем значение сопротивления R43:
R43= Uзащ IR43=0,80,4406=1,816 ≅ 1,8 Ом (ряд Е24), UR43=R43·IR43= 0,8·0,4406 = 0,7931 (В),
IR39 = Iп10+ Iб10 - Iб12 = 0,05502 + 0,000786 - 0,01375 = 0,04205 (А),
R39= UБЭ12+Uзащ IR39=0,859+0,8 0,04205=39,45=≅ 39 Ом ряд Е24,где (В) известно из технического задания.
IR40 = I10,11+ Iб10 - Iб11 = 0,02705+ 0,000786 - 0,000583 = 0,02725 (А),
R40= UБЭ13+Uзащ IR40=0,859+0,8 0,02705 =60,87=≅ 62 Ом ряд Е24,где (В) известно из технического задания.
IR35 = Iп9 - Iб11 = 0,005 - 0,000583 = 0,004417 (А),
R35= UБЭ10+UБЭ12+UБЭ11+Uзащ IR35=0,7+0,859+0,7+0,8 0,004417=692,5≅ 680 Ом ряд Е24,UБЭ10= R35·IR35-(UБЭ12+Uзащ) 2=680·0,004417-(0,859+0,8) 2==0,6723 В , = 0,6723 (В)
UR35 = R35 · IR35 = 680·0,004417= 3,0036 В.
IR36 = Iп9 + Iб9 = 0,005 + 3,7·10-5 = 0,00504 (А),
R36= UR36 IR36=2,0 0,00504=397,1≅390 Ом ряд Е24, UR36 = R36 · IR36 == 390·0,00504 = 1,964 (В),
=
= 40 - 19,2 - 0,8 - 0,6723 – 1,964 = 17,36 (В),
IR34, R33 = IR35 + Iб10 = 0,004417 + 0,000786 = 0,005203 (А),
UR34,R33= UКЭ12,13-Uбэ12 - Uбэ10== 19,2 -0,859-0,6723= 17,669 В.R33+R34= UR34,R33 IR34,R33=17,6690,005203≅3396 Ом,
принимаем R33= 1600 (Ом) = 1,6 (кОм) < R34 = 1800 (Ом) = 1,8 (кОм).
Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24: R33+R34 = 1600+ 1800 = 3400 (Ом)
= 0,00037 (А)
=0,7+1,9640,00037=7194≅7500 Ом=7,5 кОмряд Е24,IR32= Iд= UБЭ9+UR36 R30=0,7+1,9647500=0,000355 (А)=0,000355+0,000037 = 0,000392 (А)
R37+R41= UКЭ13+UR43- UБЭ9-UR36IR37,R41==19,2+0,8-0,7-1,9640,000392=44172Ом,принимаем R37 = 20000 (Ом) = 20 (кОм) < R41 = 24000 (Ом) = 24 (кОм)
Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24: R37+R41 = 20000 + 24000= 44000 (Ом).
21. Определим коэффициент передачи повторителя на транзисторах VT10÷VT13:
= 12,631,8+12,63=0,8753.
22. Проверим правильность выбранного значения UКЭ9 :
UКЭ9= 17,3 В> UНМKП=10,0440,8753=11,476 В.23. Определим коэффициент усиления предварительного каскада:
K= RK~·β9 rБ9+ rЭ9·(1+β9)= 6911·135 400+4,963·(1+135)=868,2 ;где rб9 - объемное сопротивление базы, можно принять в пределах 200-400 Ом (принимаем rб9 = 400 Ом);
rЭ9 - сопротивление эмиттерного перехода, определяется следующим образом:
= 0,025 0,005+0,000037=4,963 (Ом);
RВХ.П – входное сопротивление повторителя, входящего в состав усилителя мощности, определяется:
RВХ.П = 0,5·10·12·RН = 0,5·70·30·12,63 = 13262 (Ом);
RK~- эквивалентное сопротивление нагрузки предварительного каскада, определяется из:
= 13262‖(18001-0,8753)= 6911 (Ом).
24. Определим коэффициент усиления каскада в целом:
КУМ = К·КП = 868,2·0,8753 = 759,9.
25. Охватим каскад глубокой отрицательной параллельной обратной связью по напряжению.
Глубина обратной связи определяется как:
= 50,0804=62,19,где:Кf0 - исходный коэффициент нелинейных искажений, равный 5%,
Кf = 0,0804%– заданный в техническом задании коэффициент нелинейных искажений.
Входное сопротивление транзистора VT9 определяется следующим образом:
Rвх.VT9=rБ9+ rЭ9·1+β9= 400+4,963·1+135=1075 (Ом).
Входное сопротивление выходного каскада без ООС определяется как:
RВХ.У.М = RВХ.VT9. || R32 || R37 =
=Rвх.VT9R32R37= 1075750020000=898,0 Ом. Т.к. RВХ У.М.→R31 принимаем R31 равным входному сопротивлению выходного каскада, R31=898≅910 Ом в соответствии с рядом Е24.
Определяем эквивалентное сопротивление:
RЭКВ = RВХ.У.М || R31 = 898|| 910 = 575,2 (Ом).
Коэффициент обратной связи
= 62,19-1759,9=0,08753.Определяем сопротивление R38:
R38= RЭКВ 1β-1=575,2· 10,08753-1=6568 Ом.
Принимаем R38 = 6,8 (кОм).
Из полученного выражения следует, что:
=575,2575,2+6800 =0,07799.
Пересчитаем значение глубины обратной связи:
F= 1+βэкв·КУМ = 1+ 0,07799·759,9 = 60,26.
Определим коэффициент усиления выходного каскада с ООС:
=
= 10·759,960,26 ·68006800+ 575,2 ·953,7910+953,7 =59,49.При этом необходимо пересчитать входное сопротивление усилителя мощности:
= 910·(1+0,08052·759,9)0,07799·(1+ 759,9)=953,7 (Ом).
26.Определим входное напряжение усилителя мощности.
= 10,04459,49=0,1688 (В).
27.Определим значение емкости конденсатора фильтра и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:
= 10·759,92π·65,78·24000=59,98 мкФ,где fн = 65,78 Гц – нижняя граничная частота усилителя мощности.
Принимаем С29 = 68 мкФ (ряд Е6).
28.Определим значение емкости конденсатора С27 и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:
= 202π·65,78·680=71,16 мкФ≅68 мкФ.29.Определим значение емкости конденсатора С28 и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:
= 202π·65,78·390=124,1 (мкФ) ≅120мкФ.30.Определим значение емкости в цепи компенсации С30 и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:
=202π·65,78·1600=30,24 мкФ≅30 мкФ.

5. Расчет эмиттерного повторителя на транзисторах VT8, VT7
Принципиальная электрическая схема эмиттерного повторителя на транзисторах VT8, VT7 (эмиттерного повторителя №3) представлена на рисунке 3.

Рис. 3 Принципиальная электрическая схема эмиттерного повторителя №3 (на транзисторах VT8, VT7)
Нагрузкой этого эмиттерного повторителя является выходной каскад, поэтому:
UН = UBX = 0,1688 (В)
RН = RВХ.У.М.= 953,7 (Ом)
Примем значение тока покоя транзистора VT8 равным 5 мА
IП8 = 5(мА)
Рассчитаем напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT8:
UКЭ8 = Uн+U0 = 0,1688 + 3 = 3,1688 (В)
Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT8
PК8 = UКЭ8·IП8 = 3,1688·5 =15,84 (мВт)
4.Выбираем транзисторы VT7, VT8, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:
Модель Тип P, Вт Uкэ доп, В Ikmax, A βmin fгр, МГц Cк, пФ Iко, мА
VT7 КТ3102А n-p-n 0,25 50 0,1 100 150 6 < 5·10-5
VT8 КТ3102А n-p-n 0,25 50 0,1 100 150 6 < 5·10-5
5.Зададимся напряжением питания из расчета, что EК < UКДОП
Принимаем ЕК = 25 (В)
6.Определим ток базы транзистора VT8
≅ IП8 β8=5 100=0,05 (мА)
7.Определим ток базы и ток покоя транзистора VT7:
По графику зависимости от тока эмиттера определяем, что = (7-10).
= 0,05 1+9=0,005 (мА)
= 9·0,005 = 0,045 (мА)
8.Примем ток делителя (мА)
Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера транзистора VT8:
IR29=Iб8+IП8 = 0,05+ 5 = 5,05 (мА)
= 25- 3,1688 5,05=4,323 (кОм)
Принимаем R29 = 4,3 (кOм) (ряд Е24).
В соответствии с этим пересчитаем значения напряжений на участке коллектор-эмиттер транзистора VT8 и определим падение напряжения на резисторе R29:
UКЭ8=ЕК-R29∙IR29 = 25 – 4,3·5,05 = 3,285 (В)
UR29=R29∙IR29 = 4,3·5,05 = 21,72 (В)
9.Определим значение сопротивления резистор R28:
R28 = 5 RН = 5·953,7 = 4769 (Ом)
Принимаем R28 = 4,7 (кОм) (ряд Е24).
Тогда:IR28= Iб7 = 0,005 (мА)
UR28=R28∙IR28 = 4,7·0,005 = 0,0235 (В)
10.Определим значения сопротивлений резисторов в цепи делителя:
= 100 Iб7 = 100·0,005= 0,5 (мА)
=0,0235+21,72+0,7+0,60,5=46,08 (кОм)Принимаем R27 = 47 (кОм) (ряд Е24).
Тогда:
UR27=R27∙IR27 = 47·0,5 = 23,5 (В)
≅ 0,5 (А)
= 25-23,50,5=3,0 (кОм)
Принимаем R26 = 3,0 (кОм)
11.Определим значения эквивалентного сопротивления резистора эмиттера RЭ~:
RЭ~ = RH || R27 || R29 || R26 = 0,9537 || 47||4,3 || 3= 0,6114 (кОм)
12.Определим коэффициент передачи повторителя:
= 255,05= 5 (Ом)
= 611,45+611,4=0,9919.13.Определим входное сопротивление повторителя:
= (611,4·9·100) || 47001-0,9919 = 282,2 (кОм)
14.Определим выходное сопротивление повторителя:
RВЫХП = rЭ8 = 5 (Ом)
15.Определим значение емкости конденсатора С24 в соответствии с рядом Е24:
=202π·65,78·(3000‖47000)=17,16 (мкФ).
Примем С24= 18 (мкФ) (ряд Е24).
Рассчитаем напряжение, которое необходимо подать на вход повторителя:
= 0,16880,9919=0,1702 В.где = .
6. Расчет аттенюатора
Принципиальная электрическая схема аттенюатора представлена на рисунке 4.

Рис. 4 Принципиальная электрическая схема аттенюатора
Аттенюатор с помощью резистора R25 обеспечивает плавную регулировку и при помощи резисторов R22-R24 – дискретную.
В техническом задании нам дан аттенюатор со следующими ослаблениями (в дБ):
0; -Х= -1; -Y = -9;-Z = -17.
Разобьем на участки:
(-17; -9);
(-9; -1);
(-1; 0).
В качестве потенциометра R25 выберем резистор с сопротивлением в пределах от 2,0 до 5,1 кОм.
Примем R25=3300 Ом, чтобы получался не слишком большой разброс между крайними значениями резисторов .
Диапазон ослабления определяется следующим образом:
(дБ).
Отсюда (Ом)
= -1 дБ.
= 33001-10-0,05 10-0,05=403 (Ом)
Принимаем значение R22= 390 Ом, в соответствии с рядом Е24.
Тогда ослабление будет несколько отличатся от заданного, реально получаем:
= 20lg3300 3300+390= -0,97 (дБ)
= -9 дБ.
=33001-10-0,45 10-0,45=6001 (Ом)
Принимаем значение R23= 6200 Ом = 6,2 кОм, в соответствии с рядом Е24.
Тогда ослабление будет несколько отличатся от заданного, реально получаем:
=20lg3300 3300+6200= -9,18 (дБ)
дБ = -17 дБ.
=33001-10-0,85 10-0,85=20062 (Ом)
Принимаем значение R24= 20000 Ом = 20 кОм, в соответствии с рядом Е24.
Тогда ослабление будет несколько отличатся от заданного, реально получаем:
=20lg3300 3300+20000= -16,98 (дБ)
Определим токи проходящие через сопротивления аттенюатора:
= 0,1702 3,3= 0,0516 (мА),
где входное напряжение аттенюатора соответствует входному напряжению эмиттерного повторителя на транзисторах VT7- VT8:
UвхА=UвхП3 = 0,1702 (В)
= 0,1702 3,3+0,39=0,461 (мА)
= 0,17023,3+6,2=0,0179(мА)
= 0,1702 3,3+20=0,0073 (мА)
Рассчитаем мощность, рассеиваемую на резисторах аттенюатора:
= 0,0461 2·0,39 = 0,00083 (мВт) (R22);
и на порядки меньше для остальных, то есть ее можно не принимать во внимание.
7. Расчет повторителя на транзисторах VT5, VT6
Принципиальная электрическая схема эмиттерного повторителя на транзисторах VT5, VT6 (эмиттерного повторителя №2) представлена на рисунке 5.

Рис.5 Принципиальная электрическая схема эмиттерного повторителя №2 на транзисторах VT6, VT5
В качестве нагрузки данного эмиттерного повторителя примем R25 аттенюатора:
UН = UBX А =0,1702 (В)
RН = R25 = 3300 (Ом).
1. Примем значение тока покоя транзистора VT6 равным 5 мА
IП6 = 5(мА)
2. Рассчитаем напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT6:
UКЭ6 = Uн+U0 = 0,1702+ 3 = 3,1702 (В)
3. Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT6
PК6 = UКЭ6·IП6 =3,1702·5 =15,85 (мВт)
4.Выбираем транзисторы VT5, VT6, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:
Модель Тип P, Вт Uкэ доп, В Ikmax, A βmin fгр, МГц Cк, пФ Iко, мА
VT5 КТ3102А n-p-n 0,25 50 0,1 100 150 6 < 5·10-5
VT6 КТ3102А n-p-n 0,25 50 0,1 100 150 6 < 5·10-5
5.Зададимся напряжением питания из расчета, что EК < UКДОП
Принимаем ЕК = 25 (В), в соответствии с рядом напряжений источников питания.
6.Определим ток базы транзистора VT6
≅ IП6 β6=5 100=0,05 (мА)
7.Определим ток базы и ток покоя транзистора VT5:
По графику зависимости от тока эмиттера определяем, что = (7-10).
= 0,05 1+9=0,005 (мА)
= 9·0,005 = 0,045 (мА)
8. Примем ток делителя (мА)
9. Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера транзистора VT6:
IR21=Iб6+IП6 = 0,05+ 5 = 5,05 (мА)
= 25- 3,17025,05=4,323 (кОм)
Принимаем R21 = 4,3 (кOм) (ряд Е24)
В соответствии с этим пересчитаем значения напряжений на участке коллектор-эмиттер транзистора VT6 и определим падение напряжения на резисторе 21:
UКЭ6=ЕК-R21∙IR21 = 25 – 4,3·5,05 = 3,285 (В)
UR21=R21∙IR21= 4,3·5,05 = 21,72 (В)
10.Примем значение сопротивления R20 максимально большим (≈3900-15000 Ом):
Принимаем R20 = 4,7 (кОм).
Тогда:IR20= Iб5 = 0,005 (мА)
UR20=R20∙IR20 = 4,7·0,005 = 0,0235 (В)
11.Определим значения сопротивлений резисторов в цепи делителя:
= 100 Iб7 = 100·0,005= 0,5 (мА)
Uбэ5, Uбэ6 примем равными 0,7 В.
= 0,0235+21,715+0,7+0,70,5=46,28 (кОм)
Принимаем R19 = 47 (кОм)
Тогда:UR19=R19∙IR19= 47·0,5 = 23,5 (В)
≅ 0,5 (мА)
= 25-23,50,5=3,0 (кОм)
Принимаем R18 = 3,0 (кОм).
12.Определим значения эквивалентного сопротивления резистора эмиттера RЭ~:
RЭ~ = RH || R19 || R21 || R18 = 3,3|| 47||4,3 || 3,0= 1,123 (кОм)
13.Определим коэффициент передачи повторителя:
= 255,05 = 5 (Ом)
= 11235+1123=0,9956.14.Определим входное сопротивление повторителя:
= (1123·9·100) || 47001-0,9956 = 517,6 (кОм)
15.Определим выходное сопротивление повторителя:
RВЫХП = rЭ8 = 5 (Ом)
16.Определим значение емкости конденсатора С21:
=202π·65,78·(3000‖47000)=17,16 (мкФ)
Примем С21= 18 (мкФ) (ряд Е24)
Определим входное напряжение повторителя:
= 0,17020,9956=0,171 (В).
8. Расчет цепи Вина
Принципиальная электрическая схема цепи Вина представлена на рисунке 6.

Рис. 6 Принципиальная электрическая схема цепи Вина
Перед тем как начать расчет усилителя напряжения нам надо рассчитать входное сопротивление моста Вина, учесть отрицательную обратную связь, которую мы вводим для стабилизации коэффициента усиления, а значит и выходного сигнала.
Изменение частоты производится дискретно (грубо) с помощью конденсаторов и плавно с помощью переменных резисторов.
Входное сопротивление моста Вина определяется следующим образом:

На частоте квазирезонанса ,
следовательно:


Выходное сопротивление моста Вина определяется:

На частоте квазирезонанса и
ǀZвыхǀ=12RНагрузкой для моста Вина является эмиттерный повторитель на транзисторах VT1 и VT2 , поэтому предположим, что входное сопротивление эмиттерного повторителя будет максимально большим – в пределах от 150 до 250 кОм. Принимаем Rвхп = 200 кОм.
Для того, чтобы Rвхп не шунтировало мост Вина:
= 20010=20 (кОм)
= 200100=2,0 (кОм)
Примем значения сопротивлений резисторов цепи Вина R1 и R3, равными максимальному значению сопротивления цепи Вина (RmaxЦВ), а значения R2 и R4, равными минимальному значению (RmixЦВ).
R1=R3= 20 (кОм), а R2=R4= 2 (кОм).
Определим значение выходного сопротивления цепи Вина:
= 12·2= 1,41 (кОм)
= 12·20+2=15,6 (кОм)
Определим значение входного сопротивления цепи Вина:
= 3·1,41 = 4,24 (кОм)
= 3·15,6 = 46,8 (кОм)
Рассчитаем ёмкости C1÷С12:


1. Для первого диапазона (X) Гц (10X) Гц, (Х= fн =65,78 Гц из технического задания), при R1+R2= 22 кОм :
= 12π·65,78·2·22000=5,50∙10-8 (Ф)Принимаем = 5,6∙10-8 (Ф)Пересчитаем значения первого частотного диапазона в соответствии с принятыми значениями емкостей конденсаторов С1,С2:
12π·11,2∙10-8·2·22000=64,6 (Гц),
12π·11,2∙10-8·2·2000=711 (Гц)
2. Для второго диапазона (10X) Гц (100X) Гц:
=12π·10·65,78·2·22000=5,50∙10-9 (Ф).
Принимаем C3=C4= 5,6∙10-9 (Ф)Пересчитаем значения второго частотного диапазона в соответствии с принятыми значениями емкостей конденсаторов С3,С4:
12π·11,2∙10-9·2·22000=646 (Гц),
12π·11,2∙10-9·2·2000=7110 (Гц)
3. Аналогично, для третьего диапазона (100X) Гц (1000X) Гц:
= 5,50∙10-10 (Ф).
Принимаем C5=C6= 5,6∙10-10 (Ф)Пересчитаем значения третьего частотного диапазона в соответствии с принятыми значениями емкостей конденсаторов C5=C6:
6460 (Гц), 71100 (Гц)

Определим токи, протекающие в резисторах:
= 0,17024,24=0,0401 (мА)
= 0,17023·22=0,00258 (мА)
9. Расчет отрицательной нелинейной обратной связи
В качестве нелинейного элемента выбираем лампу накаливания. Нелинейный элемент (НЭ) вводится нами в схему для ограничения амплитуды. Сопротивление НЭ зависит от температуры, а та в свою очередь от баланса мощностей. При этом постоянная времени НЭ, работающего в автогенераторе, должна быть намного больше периода колебаний на самой нижней рабочей частоте, в этом случае температура НЭ на протяжении периода колебаний не может следовать за изменениями мгновенной мощности и остается постоянной с высокой степенью точности. Таким образом, сопротивление НЭ является функцией действующего значения тока или напряжения, а получаемые автоколебания - синусоидальными. Характеристики нелинейного элемента – лампы накаливания:
Тип Uст, В Iср, мА Iр.о., мА Iн, мА t, с
НСМ12х5 0,5 3 1 0,6 1,8 6 0,4
Найдем напряжение лампы:
= 0,17023= 0,132 (В)
Рассчитаем значения элементов, через которые реализована обратная связь.
Найдем сопротивление лампочки с помощью ом-амперной характеристики.
Iл=0,0013 А, Rл = 1200 Ом
Выбираем резистор R12 из условия R12 >> Rл , предположим, что R12=3∙Rл=3600 Ом.
Принимаем R12 = 3,6 (кОм)
Rэ~= R12 || Rл = 3,6 || 1,2 = 0,9 (кОм)
RСВ = 2·(R12 || Rл ) = 2·0,9 = 1,8 (кОм)
R13 = RСВ = 1,8 (кОм)
Посчитаем сопротивление ООС:
= 1,8 + 0,9 = 2,7 (кОм)
Определим коэффициент отрицательной обратной связи и коэффициент усиления:
= 517,6‖3,6517,6‖3,6+1,8=0,6651,
где Rн=Rвх. п на VT5,6 = 517,6 кОм
= 10,6651=1,503.
Определим значения напряжений на резисторах R12 и R13
UR12 = UH = 0,171 (В)
UR13 = 2UH = 2·0,171 = 0,342 (В)
Определим значение емкости конденсатор в цепи ОС:
= 202π·65,78·1800=2,688∙10-5 (Ф)
Принимаем С18= 27 (мкФ)

10. Расчет предварительного усилителя на транзисторах VT3-VT4
Принципиальная электрическая схема предварительного усилителя на транзисторах VT3-VT4 представлена на рисунке 7.

Рис. 7 Принципиальная электрическая схема предварительного усилителя
Этот усилитель выполняет две основные функции:
1.обеспечивает баланс фаз
2. обеспечивает коэффициент усиления 3
Рассчитаем элементы, относящиеся к усилительному каскаду на транзисторе VT4.
Усилитель напряжения работает на нагрузку (эмиттерный повторитель), на мост Вина, на ООС.
Uвых.у = Uвх.п2 = 0,171 (В)
Rн. у = RООС||RвхЦВmin.||Rвхп2 = 2,7||4,24 || 517,6 = 1,644 (кОм)
Определим ток в нагрузке:
= 2·0,1711,644=0,1471 (мА)Зададимся IKmin4 и UКЭmin4 :
= 0,2·0,1471 + 2 = 2,029 (мА)
= 0,2·0,171 + 2 = 2,034 (В)
Определим IKMAX4:
IKmax4 = (2~5) ∙ (2·IH4 + IKmin4) = (2~5) ∙ (2·0,1471 +2,029) = (4,65~11,6) = =10 (мА)
Определим 4 :
= 0,1471+2,02910-0,1471=0,2731Определим напряжение питания:
Зададимся 4 = 0,05
=
= 11-0,05·22·0,171+2,034·(1-0,2731)1-0,2731=2,84 (В)
Принимаем ЕК = 3 (В).
Пересчитаем 4
=
=1-22·0,171+2,034·1-0,27311-0,2731·3= 0,1002.Определяем значение сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора VT4:
= (1-0,1002)·3-2,03410-0,1471=0,098 (кОм)
Принимаем R16 = 100 (Ом).
Определим падение напряжения на резисторе R17 и величину напряжения, до которого зарядится конденсатор С20:
UR17 = EK · 4 = 3·0,1002 = 0,3006 (В)
UC20 = ∙Uвых.у. + UКЭmin4 + UR17 = 2·0,171+2,034+0,3006=2,576 (В)
Определим покоя транзистора VT4 - IП4:
= 3-2,5760,1=4,235 (мА)
Определим напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT4 - UКЭ4:
UКЭ4 = EK – (IП4+ IKmin4) ∙ R16 - UR17 = 3 – (4,235 + 2,0294)·0,1 – 0,3006 = =2,276 (В)
Определим допустимую мощность, рассеиваемую на транзисторе VT4:
PКДОП = IП4 · UКЭ4 = 4,235·2,276 = 9,64 (мВт)
Выбираем транзистор VT4, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:
Модель Тип P, Вт Uкэ доп, В Ikmax, A βmin Iко, мА Ск, пФ
VT4 КТ3102А n-p-n 0,25 50 0,1 100 < 5·10-5 6
Так как значение Ik0 сильно отличается от IKmin4, то произведем перерасчет с учетом того, что IKmin4= Iko≅ 0 мкА
Определим максимальный ток коллектора транзистора VT4 - IKmax4 :
IKmax4 = (2~5) ∙ (2·IH4 + IKmin4) = (2~5) ∙ (2·0,147 + 0) = (2~5) ∙0,354 = 1 (мА)
Определим ток базы транзистора VT4:
= 4,235100=0,04235 (мА)
Определим резистор в цепи эмиттера
=0,30060,04235+4,235= 0,0702 (кОм)
По ряду Е24 принимаем R17= 68 Ом.
Определим ток делителя:
IД = (2~5)· IБ4 = 5·0,04235 = 0,212 (мА).
Определим значения сопротивлений резисторов делителя базы:
UR16=R16∙() = 0,1·(0,04235+ 0) = 0,004235 (В)
=2,276-0,7+ 0,0042350,04235+0,212=6,218 (кОм)
Принимаем R14= 6,2 (кОм).
UБЭ4= -R14∙() = 2,276+ 0,004235 – 6,2·(0,04235 + 0,212) =
= 0,7048 (В)
= 3-6,2·(0,04235 + 0,212)0+0,212= 6,727 (кОм)
Принимаем R15= 6,8 (кОм)
= 0+0,212 = 0,212 (мА)
Определим значение емкости конденсатора в цепи эмиттера:
= 10~202π·65,78·68=(356~712) (мкФ)
Принимаем С19 = 500 (мкФ).
Определим коэффициент усиления каскада на транзисторе VT4:
= 94,27·100400+5,845·(1+100)=9,519,где значение сопротивления в области базы примем rБ4 = 400 (Ом).
= 254,235+0,04235= 5,845 (Ом)
Rк~4 = RH4 || R16 = 1644|| 100= 94,27 (Ом)
Определим входное и выходное сопротивления каскада на транзисторе VT4:
RВХ4= R14 || R15 || (rБ4 + rЭ4·(1+4)) =
=62006800400+5,845·1+100=758,6 (Ом)
rК4 = = 2,2764,235-0,005845=0,5316 (кОм) = 531,6 (Ом)
RВЫХ4 = rK4 || R16 = 531,6 || 100 = 84,17 (Ом)
Определим входное напряжение каскада на транзисторе VT4:
= 0,1719,519=0,01796 (В)
Рассчитаем элементы, относящиеся к усилительному каскаду на транзисторе VT3.
UВЫХ.У. = Uвх4 = 0,0796 (В)
RН.У. = RВХ4= 758,6 (Ом)
Определим ток в нагрузке:
=2·0,017960,7586= 0,0335 (мА)
Зададимся значениями тока и напряжения IKmin3 и UКЭmin3:
= 0,2·0,0335 + 2 = 2,007 (мА)
= 0,2·0,01796 + 2 = 2,004 (В)
Определим максимальное значение тока коллектора транзистора VT3 - IKMAX3 :
IKmax3 = (2~5)· (2·IH3 + IKmin3) = (2~5) ∙ (2·0,0335 +2,007) = (4~10) (мА)=
= 8 (мА)
Определим величину :
= 0,1713=0,0570Определяем значение сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора VT3:
= (1+0,057)·3-2,0048-0,0335=0,1465 (кОм)
Принимаем R11 = 150 (Ом)
Определим падение напряжения на разделительном конденсаторе С17:
UC17 = ∙UВЫХ.У. + UКЭmin3 + UR12 = 2·0,01796+2,004+0,171= =2,20 (В)
Определим ток покоя транзистора VT3IП3 :
= 3-2,20,15=5,333 (мА)
Определим значения напряжения на участке коллектор-эмиттер транзистора VT3:
UКЭ3 = EK – (IП3+ IKmin3)· R11 - UR12 = 3– (5,333 + 2,0)·0,15 – 0,171 = 1,729 (В).
Определим допустимую мощность, рассеиваемую на транзисторе VT3:
PКДОП = IП3 ·UКЭ3 = 5,333 ·1,729 = 9,22 (мВт)
Выбираем транзистор VT3, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:
Модель Тип P, Вт Uкэ доп, В Ikmax, A βmin Iко, мА
VT3 КТ3102А n-p-n 0,25 50 0,1 100 < 5·10-5
Определим ток базы транзистора VT3:
= 5,333100=0,05333 (мА)
Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера:
= 0,1710,05333+5,333=0,03174 (кОм)
По ряду Е24 принимаем R12 = 33 (Ом)
Определим ток делителя:
IД = (2~5)· IБ3 = 5·0,0533 = 0,267 (мА)
Определим значение сопротивлений резисторов делителя базы:
UR11=R11∙() = 0,15·(0,05333 + 0) = 0,008 (В)
= =1,729-0,7+ 0,0080,05333+0,267=3,241 (кОм)
Принимаем R10 = 3,3 (кОм).
UБЭ3= -R10∙() = 1,729+ 0,008 –3,3·(0,0533+ 0,267) =
= 0,681(В)
= 3-3,3·(0,05333+ 0,267)0+ 0,267=7,29 (кОм)
Принимаем R9= 7,5 (кОм)
= 0+0,267 = 0,267 (мА)
Определим значение емкости конденсатора в цепи эмиттера:
= 102π·65,78·1200=20,16 (мкФ)
Принимаем С16 = 20 (мкФ).
Определим коэффициент усиления каскада (без ООС) на транзисторе VT3:
= 125,2·100400+4,641·(1+100)=14,42где: rБ3 = 400 (Ом)
= 255,333+0,05333=4,641 (Ом)RK~3 = RH3 || R11 = 758,6|| 150= 125,2 (Ом)
Определим входное сопротивление каскада на транзисторе VT3:
RВХ3=R10||R9||(rб3+rэ3 (1+3)) (Ом)=
=33007500400+4,641·1+100=629,9 (Ом)
Определим выходное сопротивление каскада на транзисторе VT3:
rК3 = = 1,7295,333-0,004641=0,3195 (кОм) = 319,5 (Ом)
RВЫХ3 = rK3 || R11 = 319,5 || 150 = 102 (Ом)
Определим общий коэффициент усиления каскадов:
K=K3∙K4 = 14,42·9,519 = 137,2.
Определим входное напряжение предварительного усилителя:
= 0,1711,503=0,114 (В)

11. Расчет эмиттерного повторителя на транзисторах VT2, VT1

Принципиальная электрическая схема эмиттерного повторителя на транзисторах VT2, VT1 (эмиттерного повторителя №1) представлена на рисунке 8.

Рис.8 Принципиальная электрическая схема эмиттерного повторителя №1 на транзисторах VT2, VT1
Нагрузкой этого эмиттерного повторителя является предварительный усилитель, поэтому:
UН = UBX.У= 0,114 (В)
RН = RВХ.3= 629,9 (Ом)
Примем значение тока покоя транзистора VT2 равным 5 мА:
IП2 = 5 (мА)
Примем значение максимального напряжения на участке коллектор-эмиттер равным
UКЭ2max =20 В,
тогда минимальное значение этого напряжения составит:
UКЭ2min= 0,1∙UКЭ2max = 2 (В)
Рассчитаем значение напряжения UКЭ2:
UКЭ2=Uн+ UКЭ2min = 0,114 + 2 = 2,114 (В)
Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT2:
PК2= UКЭ2·IП2 = 2,114·5 = 10,57 (мВт)
Определим напряжение источника питания:
Ек=2∙UКЭ2 = 2·2,114 = 4,228 (В)
Примем Ек = 5,6 (В)
Выбираем транзисторы VT1, VT2, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:
Модель Тип P, Вт Uкэ доп, В Ikmax, A βmin fгр, МГц Cк, пФ Iко, мА
VT1 КТ3102А n-p-n 0,25 50 0,1 100 150 6 < 5·10-5
VT2 КТ3102А n-p-n 0,25 50 0,1 100 150 6 < 5·10-5
Определим ток базы транзистора VT2:
= 5 100=0,05 (мА)
Определим ток базы и ток покоя транзистора VT1:
По графику зависимости от тока эмиттера определяем, что ≈7,5.
0,05 1+7,5=0,00588 (мА)
= 7,5·0,00588 = 0,0441 (мА)
Примем значение тока делителя равным:
= 10·0,00588 = 0,0588 (мА)
Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера транзистора VT2:
IR8=Iб2+IП2 = 0,05 + 5 = 5,05 (мА)
=5,6-2,1145,05=0,69 (кОм)
Принимаем R8 = 680 (Oм)
UКЭ2=ЕК-R8∙IR8 = 5,6 – 0,68·5,05 = 2,166 (В)
UR8=R8∙IR8 = 0,62 ·5,05 = 3,486 (В)
Примем значение сопротивления резистора R7 =6200 Ом:
Тогда:
IR7= Iб1 = 0,00588 (мА)
UR7=R7∙IR7 = 6,2·0,00588= 0,0365 (В)
Определим значение сопротивлений резисторов в цепи делителя:
= 0,0588 (мА)
= 0,0365+3,486+ 0,70,0588=71,78 (кОм)
Принимаем R5 = 75 (кОм)
UR5=R5∙IR5 = 75·0,0588 = 4,412 (В)
= 4,412-(0,0365+3,486)2= 0,4446 (В)
= 0,0588 + 0,00588 = 0,0647 (мА)
= 5,6- 0,03650,0647=85,98 (кОм)
Принимаем R6 = 82 (кОм).
Будем вести расчет эмиттерного повторителя по переменному току:
Определим эквивалентное сопротивление эмиттера RЭ~ :
RЭ~ = RH || R5 || R6 || R8 = 0,6299 || 75|| 82|| 0,68 = 0,3093 (кОм)= 309,3 (Ом)
Определим коэффициент передачи повторителя:
= 255,05= 5 (Ом)
=309,35+309,3=0,9842. Определим входное сопротивление повторителя:
= (309,3·7,5·100) || 62001-0,9842 = 146 (кОм)
Определим выходное сопротивление повторителя:
RВЫХ.П = rЭ2 = 5 (Ом)
Определим значение емкости конденсатора С14:
=
=202π·65,78·(82000‖75000)=1,235 (мкФ)
Примем С14= 1,2 (мкФ)
Определим входное напряжение повторителя:
= 0,1140,9842=0,1158 (В).
12. Расчет разделительных конденсаторов
Значения емкости разделительных конденсаторов рассчитываются исходя из приходящихся на них частотных искажений в области нижних частот. Имеется 9 разделительных конденсаторов. Распределим искажения равномерно между ними:
,
где n - количество разделительных емкостей.
Заданные коэффициенты частотных искажений в области нижних частот приведены в техническом задании. Определим, какие частотные искажения приходятся на одну разделительную емкость:
=
= (1,1367)19=1,0143Следовательно емкость конденсатора должна быть:

Разделительные емкости рассчитываются следующим образом:
во входной цепи (Ф),
где МВХ - частотные искажения, вносимые входной цепью.
Определим значение емкостей конденсаторов С13 ,С15, С17, С20, С22, С23, С25, С26, С31:
Конденсатор С13.
(Ом);
= 146 (кОм);
C13 =12π·65,78·(0+ 146000)·1,01432-1=0,0975 мкФ.Выбираем конденсатор С13 типа К10-17 на 0,1 мкФ, 50 В.
Конденсатор С15.
(Ом);
= 629,9 (Ом);
C15 =12π·65,78·(0+ 629?9)·1,01432-1=22,6 мкФ.Выбираем конденсатор С15 типа К50-6 на 22 мкФ, 6 В.
Конденсатор С17.
= 150 (Ом);
= 758,6 (Ом);
C17 =12π·65,78·(150+ 758,6)·1,01432-1=15,7 мкФ.Выбираем конденсатор С17 типа К50-6 на 16 мкФ, 6 В.
Конденсатор С20.
=100 (Ом);
=517,2 (кОм);
C20 =12π·65,78·(100+ 517200)·1,01432-1=0,0275 мкФ.Выбираем конденсатор С20 типа К10-17 на 0,027 нФ, 50 В.
Конденсатор С22.
= 5 (Ом);
= 3,3 (кОм);
C22 =12π·65,78·(5+ 3300)·1,01432-1=4,31мкФ.Выбираем конденсатор С22 типа К50-6 на 4,3 мкФ, 15 В.
Конденсатор С23.
≅ 5 (Ом);
=282,2 (кОм);
C23 =12π·65,78·(5+ 282200)·1,01432-1=0,0504 мкФ.Выбираем конденсатор С23 типа К10-17 на 0,051 мкФ, 50 В.
Конденсатор С25.
= 5 (Ом);
= 910 (Ом);
C25 =12π·65,78·(5+ 910)·1,01432-1=15,6 мкФ.Выбираем конденсатор С25 типа К50-6 на 16 мкФ, 15 В.
Конденсатор С26.
(Ом);
= 953,7 (Ом);
C26 =12π·65,78·(0+ 953,7)·1,01432-1=14,9 мкФ.Выбираем конденсатор С26 типа К50-6 на 15 мкФ, 15 В.
Конденсатор С31.
(Ом);
= 953,7‖910 = 465,7 (Ом);
C31 =12π·65,78·(0+ 465,7)·1,01432-1=30,6 мкФ.Выбираем конденсатор С31 типа К50-6 на 30 мкФ, 50 В.
13. Расчет параметрических стабилизаторов напряжения
Так как выходной усилительный каскад питается от источника питания ЕК = 45 В, а остальным каскадам и эмиттерным повторителям необходимы другие значения напряжений источников питания, то необходимо уменьшить напряжение питания выходного каскада для остальных элементов схемы. Для решения этой задачи применяется схема параметрического стабилизатора напряжения для каскадов усилителя с пониженным напряжением питания, приведенная на рисунке 9:

Рис. 9 Схема параметрического стабилизатора напряжения для одного каскада усилителя
1. Расчет параметрического стабилизатора напряжения для каскада эмиттерный повторитель №1 на транзисторах VT1- VT2:
Напряжение питания каскада Еп = 5,6 В
Выбираем стабилитрон с подходящими параметрами:
В качестве стабилизатора VD1 выбираем:
Позиционное обозначение Тип Uст min, В Uст max, В Uст ном, В Iст ном, мA
VD1 КС409А 5,3 5,9 5,6 5
Рассчитаем сопротивление RБ = R44:
Определяем значение суммы токов, протекающих через балластный резистор:
IR44 = Iст + (А)
∑Iэп1 = Iд + Iб1 + Iк1 + Iк2 = 0,0588+0,00588+0,0441+5 = 5,109 (мА)
тогда IR44 = Iст += 5 + 5,109 = 10,109 (мА)
UR44 = Eк - Uст_ном = 40 – 5,6 = 34,4 (В)
Определяем значение сопротивления балластного резистора:
R44 = UR44IR44=34,410,109= 3,4 (кОм).
Принимаем: R44 = 3,3 (кОм)
Определяем мощность рассеяния резистора R44:
PR44 = UR44 ∙ IR44 = 34,4·10,109= 348 (мВт)
Выбираем резистор R44 типа ОМЛТ на 3,3 кОм, 0,5 Вт.
2. Расчет параметрического стабилизатора напряжения для каскада предварительного усилителя на транзисторах VT3- VT4:
Напряжение питания каскада Еп = 3,0 В
Выбираем стабилитрон с подходящими параметрами:
В качестве стабилизатора VD2 выбираем:
Позиционное обозначение Тип Uст min, В Uст max, В Uст ном, В Iст ном, мA
VD2 КС130Д-1 2,8 3,2 3,0 3
Рассчитаем сопротивление RБ = R45:
Определяем значение суммы токов, протекающих через балластный резистор:
IR45 = Iст +∑Iпу ,
∑Iпу = Iд + Iб3 + Iк3 + Iк4 = 0,267 + 0,0533+5,33+4,24 = 9,89 (мА),
тогда IR45 = Iст +∑Iпу = 3 + 9,89 = 12,89 (мА)
UR45 = Eк - Uст_ном = 40 – 3 = 37 (В)
Определяем значение сопротивления балластного резистора:
R45 = UR45IR45=3712,89= 2,87 (кОм).
Принимаем: R45 = 3,0 (кОм)
Определяем мощность рассеяния резистора R41:
PR45 = UR45 ∙ IR45 = 37·12,89= 477 (мВт)
Выбираем резистор R45 типа ОМЛТ на 2,2 кОм, 0,5 Вт.
3. Расчет параметрического стабилизатора напряжения для каскада эмиттерный повторитель №2 на транзисторах VT5- VT6:
Напряжение питания каскада Еп = 25 В
Выбираем стабилитрон с подходящими параметрами:
В качестве стабилизатора VD3, VD4 (последовательное включение) выбираем:
Позиционное обозначение Тип Uст min, В Uст max, В Uст ном, В Iст ном, мA
VD3 Д814В 9 10,5 10 5
VD4 КС515А 13,5 16,5 15 5
Рассчитаем сопротивление RБ = R46:
Определяем значение суммы токов, протекающих через балластный резистор:
IR46 = Iст + ∑Iэп2
∑Iэп2 = Iд + Iб5 + Iк5 + Iк6 = 0,5+0,005+0,045+5 = 5,55 (мА)
тогда IR46 = Iст + ∑Iэп2 = 5 + 5,55 = 10,55 (мА)
UR46 = Eк - Uст_номVD3 - Uст_номVD4 = 40 –10 -15= 15 (В)
Определяем значение сопротивления балластного резистора:
R46 = UR46IR46=1510,55= 1,422 (кОм).
Принимаем: R46 = 1,5 (кОм)
Определяем мощность рассеяния резистора R41:
PR46 = UR46 ∙ IR46 = 15·10,55= 158 (мВт)
Выбираем резистор R46 типа ОМЛТ на 1,5 кОм, 0,25 Вт.
4. Расчет параметрического стабилизатора напряжения для каскада эмиттерный повторитель №3 на транзисторах VT7- VT8: этот каскад полностью идентичен каскаду эмиттерного повторителя №2, поэтому элементы стабилизатора такие же
В качестве стабилизатора VD5, VD6 (последовательное включение) выбираем:
Позиционное обозначение Тип Uст min, В Uст max, В Uст ном, В Iст ном, мA
VD5 Д814В 9 10,5 10 5
VD6 КС515А 13,5 16,5 15 5
и резистор R30 типа ОМЛТ на 1,5 кОм, 0,25 Вт.
Принципиальная электрическая схема автогенератора приведена в Приложении 1.
14. Расчет радиаторов
Радиаторы предназначены для отвода тепла от транзисторов в схеме, при мощности, превышающей 1,5 Вт. Т.о. те транзисторы, на которых рассеивается мощность более 1,5 Вт необходимо вынести за разъем, а также рассчитать для каждого площадь радиатора.
В качестве выходных транзисторов VT12 и VT13 выбраны транзисторы типа КТ817В . У них температура p-n-перехода Тп = 150С (данные из справочника). Необходимо рассеять мощность Pк = 5,706 (Вт)
Произведем расчет теплового сопротивления переход-среда:
RTп-с=Tп-TсPк=150-305,706= 21,03КВтгде Тс - температура среды (в техническом задании задан диапазон рабочих температур усилителя – от 10 до 30 °С , выбираем верхнее значение этого диапазона → Тс=30°С);
Тп - температура р-п - перехода, (определяется исходя из справочных данных, можно принять в пределах от 125 до 200 °С);
Рк – мощность, которую необходимо рассеять.
Определим площадь радиатора из дюралюминия для каждого из транзисторов VT12 и VT13:
S=1000RTп-с·σT=100021,03·1,5= 32 см2<40 см2,где Т = 1,5 ( мВт / см2С ) - коэффициент теплоизлучения от теплоотвода в окружающую среду (для дюралюминия).
Рисунок радиатора площадью 40 см2 приведен ниже (рис.10):

Рис.10 Радиатор 40 см2 для охлаждения транзисторов выходного каскада
15.Расчет АЧХ и ФЧХ усилителя на транзисторе VT4
Рассчитаем амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики для предварительного усилителя на транзисторе VT4, без ОС, для диапазона частот, где частотные искажения не превышают .
Для расчета АЧХ воспользуемся формулами:
, где
К4 = 9,519 – коэффициент усиления на средних частотах для усилительного каскада на транзисторе VT4.
1. Рассчитаем зависимость коэффициента усиления на НЧ от частоты:

Определим значение коэффициента частотных искажений в области низких частот:
-

, где
= 16·10-6·(758,6 +102) = 0,013763 (с)
= 0,027·10-6·(84,17 + 517,6·103)= 0,016248 (с)
Определим частоту, на которой Мн=:
=
∙=
Решив это уравнение относительно fн получим значение нижней граничной частоты полосы пропускания.
Т.О. fн = 16,6 Гц.
Задаваясь различными значениями частот fн найдем значения соответствующих коэффициенту усиления Kнч:
№ fн, Гц ω=2·π·fн, рад/с Mн Kнч
1 0,316 1,99 1133,75 0,0084
2 1 6,28 114,287 0,08329
3 3,16 19,9 12,34 0,77139
4 10 62,8 2,14005 4,44802
5 31,6 199 1,11468 8,53969
6 100 628 1,01148 9,41094
7 316 1,99·103 1,00115 9,50808
8 1000 6,28·103 1,00011 9,51889
2. Рассчитаем зависимость коэффициента усиления на ВЧ от частоты:

Определим значение коэффициента частотных искажений в области высоких частот:
, где
= 12π·150·106= 1,06·10-9 (с)
С0на VT4=СК4+СМ+С2 = 6 + 130 + 149 = 285 (пФ),
где СМ=130 (пФ) – емкость монтажа,
С2 = 149 (пФ) дано в техническом задании.
=285·10-12·94,28 = 26,87·10-9 (с)
Определим частоту, на которой Мв=:
=
Решив это уравнение относительно fв получим значение нижней граничной частоты полосы пропускания. Т.О. fв= 5,70·106 Гц.
Задаваясь различными значениями частот fв найдем значения соответствующих коэффициенту усиления Kвч:
№ fв, Гц ω=2·π·fв, рад/с Mв Kвч
1 31623 1,99·105 1,00002 9,51885
2 100000 6,28·105 1,00015 9,51753
3 316228 1,99·106 1,00154 9,50438
4 1000000 6,28·106 1,01528 9,37572
5 3,16·106 1,99·107 1,14366 8,32326
6 107 6,28·107 32,01981 4,71281
7 3,16·107 1,99·108 5,63884 1,68881
8 108 6,28·108 17,5774 0,54115
Для расчета ФЧХ воспользуемся формулой:

Задаваясь различными значениями частот f, найдем значения соответствующих фаз :
№ f, Гц ω=2·π·f, рад/с , рад. , град. M
1 0,316 1,99 3,08198 176,585 2 1 6,28 2,95359 169,229 3 3,16 19,9 2,56239 146,814 4 16,6 104,3 1,14155 65,4059
5 31,6 199 0,65096 37,2971 6 100 628 0, 21275 12,1898 7 1000 6,28·103 0,02188 1,2137 8 1·104 6,28·104 0,00038 0,02183 9 1·105 6,28·105 -0,0173 -0,9931 10 3,16·105 1,99·106 -0,0554 -3,1725 11 1·106 6,28·106 -0,1737 -9,9522 12 5,7·106 3,58·107 -0,7855 -45,008
13 1·107 6,28·107 -1,0529 -60,324 14 3,16·107 1,99·108 -1,3925 -79,785 Пользуясь данными расчетов, приведенных выше, необходимо произвести построение АЧХ и ФЧХ:
На рисунке 11 приведена амплитудно-частотная характеристика, на рисунке 12 приведена фазо-частотная характеристика усилителя.

Рис. 11 АЧХ

Рис. 12 ФЧХ

16. Карты режимов
Резисторы:
Позицион-ное обозначение R, Ом U, В I, А P, Вт Тип
R1 20000 0,17 0,0000026 <0,00001 СП3-18
R2 2000 0,17 0,0000026 <0,00001 ОМЛТ-0,125
R3 2000 0,17 0,0000401 <0,00001 СП3-18
R4 2000 0,17 0,0000401 <0,00001 ОМЛТ-0,125
R5 75000 5,35 0,0000588 0,003 ОМЛТ-0,125
R6 82000 5,35 0,0000647 0,005 ОМЛТ-0,125
R7 6200 0,0365 0,0000059 0 ОМЛТ-0,125
R8 680 3,486 0,00505 0,0176 ОМЛТ-0,125
R9 7500 2 0,000267 0,00053 ОМЛТ-0,125
R10 3300 0,175 0,000053 0,00009 ОМЛТ-0,125
R11 150 1,2 0,00797 0,00953 ОМЛТ-0,125
R12 33 0,178 0,00538 0,0009 ОМЛТ-0,125
R13 1800 0,342 0,00019 0,000065 СП3-18
R14 6200 1,57 0,000254 0,0004 ОМЛТ-0,125
R15 6800 1,44 0,000212 0,0003 ОМЛТ-0,125
R16 100 0,004235 0,0095 <0,00001 ОМЛТ-0,125
R17 68 0,291 0,00428 0,000125 ОМЛТ-0,125
R18 3000 1,5 0,0005 0,00075 ОМЛТ-0,125
R19 47000 23,5 0,0005 0,01175 ОМЛТ-0,125
R20 4700 0,0235 0,0005 0,00001 ОМЛТ-0,125
R21 4300 21,72 0,00505 0,1096 ОМЛТ-0,125
R22 390 0,18 0,000461 0,00083 ОМЛТ-0,125
R23 6200 0,112 0,000018 <0,00083 ОМЛТ-0,125
R24 20000 0,146 0,0000073 <0,00083 ОМЛТ-0,125
R25 3300 2,065 0,000052 <0,00083 СП3-18
R26 3000 1,5 0,0005 0,00075 ОМЛТ-0,125
R27 47000 23,5 0,0005 0,0118 ОМЛТ-0,125
R28 4700 0,0235 0,00005 <0,00001 ОМЛТ-0,125
R29 4300 21,7 0,00505 0,11 ОМЛТ-0,125
R30 1500 15 0,0106 0,211 ОМЛТ-0,25
R31 910 ~ 2 ~0,002 0,002 ОМЛТ-0,125
R32 7500 2,624 0,000355 0,001 ОМЛТ-0,125
R33 1600 8,32 0,00520 0,0433 ОМЛТ-0,125
R34 1800 9,36 0,00520 0,0487 ОМЛТ-0,125
R35 680 3,0036 0,004417 0,0132 ОМЛТ-0,125
R36 390 1,964 0,00504 0,0101 ОМЛТ-0,125
R37 20000 7,84 0,000392 0,0031 ОМЛТ-0,125
R38 6800 ~13 ~0,0039 0,026 ОМЛТ-0,125
R39 39 1,64 0,04205 0,069 ОМЛТ-0,125
R40 62 1,77 0,02725 0,048 ОМЛТ-0,125
R41 24000 9,408 0,000392 0,0037 ОМЛТ-0,125
R42 1,8 0,768 0,4264 0,327 ОМЛТ-0,5
R43 1,8 0,8 0,4406 0,352 ОМЛТ-0,5
R44 3300 34,4 0,0101 0,347 ОМЛТ-0,5
R45 3000 37 0,0129 0,477 ОМЛТ-0,5
R46 1500 15 0,0106 0,211 ОМЛТ-0,25

Конденсаторы:
Позиционное обозначение C, мкФ U, В UMAX, В Тип
С1 0,056 <40 К71-5-160В
С2 0,056 <40 К71-5-160В
С3 0,0056 <40 К70-7-100В
С4 0,0056 <40 К70-7-100В
С5 0,00056 <40 ПМ-60В
С6 0,00056 <40 ПМ-60В
С13 0,1 2,5 5 К10-17-50В
С14 1,2 2,5 <6 К50-6-6В
С15 22 2,9 5 К50-6-6В
С16 20 3,24 4,5 К50-6-6В
С17 16 2,2 5 К50-6-6В
С18 27 <6 К50-6-6В
С19 500 0,13 <6 К50-6-6В
С20 0,027 2,58 6,2 К10-17-50В
С21 18 <25 К50-6-25В
С22 4,3 2,9 5 К50-6-15В
С23 0,051 2,9 5 К10-17-50В
С24 18 <25 К50-6-25В
С25 16 2,9 5 К50-6-15В
С26 15 2,9 5 К50-6-15В
С27 68 3,17 5 К50-6-6В
С28 120 2,2 5 К50-6-6В
С29 68 33,4 <40 К50-6-50В
С30 30 38 40 К50-6-50В
С31 30 22,5+ Uнмакс 40 К50-6-50В

Транзисторы:
Позиционное
обозначение Uбэ, В Uкэ, В IБ, А IК, А IЭ, А PК, Вт Тип
VT1 0,7 4.5 0,00000588 0,000044 0 КТ3102А
VT2 0,7 3,57 0,00005 0,005 0,0179 КТ3102А
VT3 0,722 1,729 0,0000533 0,00533 0,00539 0,00922 КТ3102А
VT4 0,696 2,276 0,00004235 0,004235 0,00428 0,00964 КТ3102А
VT5 0,7 3,29 0,000045 0,00045 0 КТ3102А
VT6 0,7 3,17 0,00005 0,005 0,000505 0,01586 КТ3102А
VT7 0,7 3,29 0,000045 0,0005 0 КТ3102А
VT8 0,7 3,1688 0,00005 0,005 0,0158 0,017 КТ3102А
VT9 0,7 17,3 0,000037 0,005 0,00504 0,0865 КТ503Г
VT10 0,6723 18,34 0,000786 0,0410 0,0558 1,009 КТ815В
VT11 0,6723 18,34 0,000583 0,0408 0,0414 1,009 КТ814В
VT12 0,859 19,2 0,01375 0,4126 0,4268 7,93 КТ817В
VT13 0,859 19,2 0,01421 0,4264 0,4406 8,18 КТ817В

Доды:
Позиционное
обозначение Uст, В Iст, мА Тип
VD1 5,6 5 КС409А
VD2 3,0 3 КС130Д-1
VD3, VD5 10 5 Д814В
VD4, VD6 15 5 КС515А
17. Спецификация элементов
Резисторы:
Позиционное обозначение Наименование
Количество
R1, R3, R13, R25 СП3-18 4
R2, R4- R12,
R14- R24,
R26- R29,
R31- R41 ОМЛТ-0,125 36
R30, R46 ОМЛТ-0,25 2
R42- R45 ОМЛТ-0,5 4

Конденсаторы:
Позиционное обозначение Наименование
Количество
С1, С2 К71-5-160В 2
С3, С4 К70-7-100В 2
С5, С6 ПМ-60В 2
С13, С20, С23 К10-17-50В 3
С14-С19, С27, С28 К50-6-6В 8
С29 - С31 К50-6-50В 3
С21, С24 К50-6-25В 2
С22, С25,С26 К50-6-15В 3
Транзисторы:
Позиционное
обозначение Наименование
Количество
VT1 – VT8 КТ3102А 8
VT9 КТ503Г 1
VT10 КТ815В 1
VT11 КТ814В 1
VT12, VT13 КТ817В 2
Диоды:
Позиционное
обозначение Наименование
Количество
VD1 КС409А 1
VD2 КС130Д-1 1
VD3, VD5 Д814В 2
VD4, VD6 КС515А 2
18. Технология производства и изготовления печатных и монтажных плат
Печатная плата представляет собой плоское изоляционное основание, на одной или обеих сторонах которого расположены токопроводящие полоски металла (проводники) в соответствии с электрической схемой. Печатные платы служат для монтажа на них электрорадиоэлементов (ЭРЭ) с помощью полуавтоматических и автоматических установок с последующей одновременной пайкой всех ЭРЭ погружением в расплавленный припой или на волне жидкого припоя ПОС-60 («волновой» метод). Отверстия на плате, в которые вставляются выводы элементов при монтаже, называют монтажными. Металлизированные отверстия, служащие для соединения проводников, расположенных на обеих сторонах платы, называют переходными.
Применение печатных плат позволяет исключить возможность ошибок при ее монтаже, так как расположение проводников и монтажных отверстий одинаково на всех платах данной схемы. Использование печатных плат, обусловливает также возможность уменьшения габаритных размеров аппаратуры, улучшения условий отвода тепла, снижения металлоемкости аппаратуры и обеспечивает другие конструктивно-технологические преимущества по сравнению с объемным монтажом.
К печатным платам предъявляется ряд требований по точности расположения проводящего рисунка, по величине сопротивления изоляции диэлектрика, механической прочности и др. (ГОСТ 23752-79). Одним из основных требований является обеспечение, способности к пайке, достигаемое соответствующим выбором гальванического покрытия и технологией металлизации, поэтому в производстве печатных плат особое внимание уделяется химико-гальваническим процессам.
Изготовление печатных плат (ГОСТ 20406-75) осуществляется химическим, электрохимическим или комбинированным способом. В последнее время получили распространение новые способы изготовления — аддитивные. Наиболее подходящим способом изготовления печатной платы расчетной схемы является химический метод.
Исходным материалом при химическом способе служит фольгированный диэлектрик, т. е. изоляционный материал, обычно гетинакс, на поверхность которого с одной или двух сторон наклеена медная фольга толщиной 35-50 мкм. На поверхность медной фольги вначале износится защитный рисунок (рельеф) таким образом, чтобы он защитил проводники при вытравливании меди. В качестве метода получения защитного рельефа при этом используется наиболее дешевый в массовом производстве способ трафаретной печати — сеткография — с применением краски, полимеризующейся с помощью ультрафиолетового облучения. Защитный рисунок схемы выполняется стойкими к воздействию травильных растворов материалами. Затем следует операция травления, в результате которой полностью вытравливается медь и создается проводящий рисунок. Отверстия для установки выводов электрорадиоэлементов (резисторы, конденсаторы и т. д.) сверлятся или штампуются после вытравливания меди и не металлизируются. Затем наносится защитное покрытие для всех элементов за исключением контактных площадок. После облуживания платы и смыва лишнего припоя и осушки, она готова к монтажу элементов. Пайка выводов электрорадиоэлемеитов производится непосредственно к контактным площадкам печатных проводников вручную или автоматическим способом. После установки всех элементов, плата покрывается специальным лаком, защищающим проводящие элементы от коррозии.
19. Список использованных источников.
1. Электроника и схемотехника, Методические указания к выполнению курсовой работы для технических специальностей заочной формы обучения (вариант I), сост. ст. преп. А.Э. Сидорова, Тюмень,ТИУ, -2018, 21с. –ил.
2. П. Хоровиц , У. Хилл, Искусство схемотехники, в 2-х т., Пер. англ., Под ред. М.В.Гальперина, М., «Мир», 1986.
3. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник/ Под ред. Б.Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1981.
4. Резисторы,: Справочник / В.В. Дубровский, Д.М. Иванов, Н.Я. Пратусевич и др.; Под общ. ред. И.И. Четвертакова и В.М. Терехова. –М.: Радио и связь, 1987. – 352 с.; ил.
5. Справочник по электрическим конденсаторам / М.Н. Дьяконов, В.И. Карабанов, В.И. Присняков и др.; Под общ. ред. И.И. Четвертакова и В.Ф. Смирнова. –М.: Радио и связь, 1983. –576 с.; ил.

Приложение 1