Курсовой - Разработка конструкции триггера Шмитта / 4 Расчет параметров элементов

4 Расчет параметров элементов

Исходные данные:

- интервал рабочих температур от -60 до +60 ;

- относительная влажность 98 % при температуре 40;

- рабочее напряжение схемы 9 В;

- частота рабочего сигнала до 0,1 МГц;

- номинальное сопротивление резистора R1= 30 кОм, точность получения номинала , мощность рассеяния ;

- номинальное сопротивление резистора R2=15 кОм, точность получения номинала , мощность рассеяния ;

- номинальное сопротивление резистора R3=5,6 кОм, точность получения номинала , мощность рассеяния ;

- номинальное сопротивление резистора R4=3,1 кОм, точность получения номинала , мощность рассеяния ;

- номинальное сопротивление резистора R5=1,9 кОм, точность получения номинала , мощность рассеяния ;

- номинальное сопротивление резистора R6=4,5 кОм, точность получения номинала , мощность рассеяния ;

- относительная погрешность воспроизведения резистивной пленки ρ0=5%;

- погрешность, обусловленная старением пленки ;

- погрешность переходных сопротивлений контактов ;

- абсолютные погрешности воспроизведения длины и ширины резистора ;

- минимальная ширина резистора, определяемая возможностями технологи ;

- номинальная емкость конденсаторов , допуск на номинал ;

- размер перекрытия резистора и контактных площадок .

- размер перекрытий нижней и верхней обкладок конденсатора g=0,2мм;

- размер перекрытия нижней обкладки и диэлектрика f=0,1мм;

- относительная погрешность удельной емкости ;

- относительная погрешность, обусловленная старением пленок конденсатора ;

- абсолютные погрешности размеров обкладки конденсатора ;

- тангенс угла диэлектрических потерь .

Расчет ведется следующим образом:

1 Определяем оптимальное удельное поверхностное сопротивление для изготовления группы резисторов с точки зрения минимума занимаемой площади по формуле:

(4.1)

где n - число резисторов;

Ri – номинал i-го резистора, Ом.

2 В качестве материала резистивной пленки выбираем Кермет К-50С с удельным поверхностным сопротивлением , удельной мощностью рассеяния , температурным коэффициентом сопротивления материала пленки .

Материал контактных площадок золото с подслоем хрома.

3 Определяем температурную погрешность ,%, по формуле:

(4.2)

Находим допустимую погрешность коэффициента формы ,%, по формуле:

(4.3)

4 Вычисляем коэффициент формы для резисторов по формуле:

(4.4)

Так как 0,1<Кф<10, то все резисторы будут прямоугольной формы.

5 Расчетную ширину резисторов определяем по формулам:

(4.5)

(4.6)

где - минимальная ширина резистора, при которой обеспечивается заданная мощность, мм.

6 Длину резистора находим по формуле:

(4.7)

С учетом технологии принимаем .

Полная длина резистора с учетом перекрытия контактных площадок определяется по формуле:

(4.8)

7 Определяем площадь резисторов по формуле:

(4.9)

8 Выполняем расчет конденсаторов. Выбираем материал диэлектрика – монооксид кремния, материал обкладок – алюминий.

Основные параметры монооксида кремния следующие:

- диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика ;

- тангенс угла диэлектрических потерь ;

- электрическая прочность ;

- температурный коэффициент емкости .

9 Минимальную толщину диэлектрика и удельную емкость , , для обеспечения необходимой электрической прочности найдем из следующей формулы:

, (4.10)

где d – толщина диэлектрика, см , которая определяется следующим образом:

, (4.11)

где - коэффициент запаса по напряжению ().

10 Определяем относительную температурную погрешность по формуле:

(4.12)

11 Максимально допустимая относительная погрешность площади конденсаторов определяется по следующей формуле:

(4.13)

12 Если необходимо обеспечить заданную погрешность емкости, тогда удельная емкость конденсаторов определяется из соотношения:

(4.14)

Выбираем наименьшее значение из формул (4.10) и (4.14): .

Определяем, какая толщина диэлектрика соответствует выбранной удельной емкости и ,, по формулам:

(4.15)

(4.16)

Данные значения , приемлемы для тонкопленочной технологии.

14 Площадь верхних обкладок конденсаторов вычисляются по формулам:

(4.17)

(4.18)

;

15 Находим коэффициент, учитывающий краевой эффект по формулам:

(4.19)

(4.20)

16 Определяем площади верхних обкладок конденсаторов с учетом краевого эффекта по формулам:

(4.21)

(4.22)

17 Находим размеры верхних обкладок по формуле:

, (4.23)

Так как Кф=1.

С учетом технологии принимаем .

18 Вычисляем размеры нижних обкладок конденсаторов по формуле:

(4.24)

19 Размеры диэлектрика находим по формуле:

(4.25)

20 Площадь конденсатора определяется по формуле:

(4.26)

;

Для проверки правильности расчета конденсаторов необходимо произвести проверку.

21 Определяем тангенс потерь в диэлектрике по формуле:

(4.27)

Эти значения удовлетворяют условиям, так как тангенс угла диэлектрических потерь в диэлектрике (максимальное допустимое значение).

22 Рабочий тангенс угла потерь определяется следующим образом:

, (4.28)

где - исходный тангенс угла диэлектрических потерь.

23 Для оценки обеспечения электрического режима и точности конденсаторов в заданных условиях эксплуатации используется формула:

(4.29)

Проверочные данные оказались меньше максимально допустимых, следовательно, расчеты были произведены правильно. Материал диэлектрика и обкладок конденсаторов соответствуют расчетам.