Проектирование усилителя низкой частоты

18

2

2.2 Определение числа каскадов усилителя

На основании технического задания, требуемая мощность группового сигнала на выходе усилителя равна Р=10 Вт. Напряжение на выходе усилителя U_н равно:

U_н=, (2.1)

где R_н - сопротивление нагрузки, заданное в ТЗ - R_н=4 Ом, тогда

U_н==6,325 В

Общий коэффициент усиления усилителя по напряжению К₀ :

K₀=2U_н/E_и , (2.2)

где Е_и - ЭДС источника сигнала, заданная в ТЗ - Е_и=0,25 В,

К₀=50,596 .

Тогда общий коэффициент усиления К равен

К=F_ниК₀ , (2.3)

где - запас по усилению, равный =1,5, F_ни - глубина обратной связи,

F_ни=_г.ок/_г , здесь _г.ок - коэффициент гармоник; его типовое значение _г.ок=0,05 (5%); _г - определяется в ТЗ; _г=0,01 (1%), F_ни=0,05/0,01=5

К=2*5*50,596=505,964.

Определяем число каскадов усиления N, включенных по схеме с ОЭ

N=1+[lg(К)/lg(К₁)] , (2.4)

[х] - целая часть числа х

К₁=20…40 - коэффициент усиления по напряжению

N=1+[lg505,964/lg30]=3.

3. Электрический расчет

3.1 Проектирование оконечных каскадов

3.1.1 Типовая схема двухтактного трансформаторного

выходного каскада

Типовая схема двухтактного трансформаторного выходного каскада, усилительные элементы которого включены по схеме с общим эмиттером, приведена на рис.3.1.1.

Рис.1. - схема двухтактного трансформаторного выходного каскада

3.1.2. Выбор транзисторов выходного каскада

Мощность, отдаваемая транзистором одного плеча в первичную обмотку трансформатора, равна

Р=Р/2_тр ,

где _тр=0,8-0,95 - КПД трансформатора

Р=10/2*0,8=1,25 Вт.

Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе:

Р_кмах>(0,25…0,3)Р _,

Р_кмах>1,875 Вт.

Напряжение источника питания Е_п :

E_п (0,35…0,45)U_кэ.доп ,

где U_кэ.доп - максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер транзистора.

Из работы схемы (см. рис.3.1.2 ) видно, что

U_ко.0=Е_п=15 В.

Предельная частота усиления транзистора f_h21э в схеме с ОЭ удовлетворяет условию

f_h21э(8…15)F_в ,

где F_в , F_н -границы частотного диапазона; F_в=12 кГц.

Напряжение U_ко и ток I_ко удовлетворяют следующим условиям:

U_ко (0,35…0,45) U_кэ.доп ,

10 I_кбо I_ко I_{к.доп ,}

10*50 мкА I_ко 1,5 А.

Исходя из данных условий, выбирается транзистор выходного каскада. Таким образом, в качестве усилительного элемента оконечного каскада выбираем транзистор КТ815А, удовлетворяющий перечисленным выше требованиям.

3.1.3 Расчет двухтактного трансформаторного

выходного каскада

Выбор режима работы транзистора производится с помощью семейства выходных статических характеристик I_к=f(U_к)

Амплитуда коллекторного напряжения U_к.м и пиковое значение тока коллектора I_к.м равны

U_к.м= U_ко- U_к.мin ;

I_к.м=2Р/ U_к.м ,

где U_к.мin- минимальное напряжение на коллекторе; U_к.мin=0,5…1В.

U_к.м=15-2=13 В,

I_к.м=0,192 А.

Определим сопротивление нагрузки одного плеча переменному току R_п :

R_п=(U_ко- U_к.мin )²/2Р ,

R_п=67,6 Ом.

Рабочая область транзистора определяется на основании входной статической характеристике I_б=f(U_бэ)

С помощью входной статической характеристики определяем:

- амплитуду входного напряжения U_вх.м;

- амплитуду входного тока I_вх.м;

- пиковое значение входного сопротивления транзистора по переменному току R_вх ;

U_вх.м=U_бэ.мах-U_бо;

I_вх.м=I_б.мах-I_бо;

R_вх= U_вх.м/ I_вх.м ,

при этом значения U_бэ.мах и I_б.мах равны 0,9 В и 0,5 А соответственно.

U_вх.м=0,9-0,85=0,05 В,

I_вх.м=0,5-0,3=0,2 мА,

R_вх=250 Ом.

Производим расчет параметров выходного транзистора:

- коэффициент трансформации одного плеча n₁

n₁=;

n₁=0,27;

- сопротивления первичной полуобмотки r_1п и вторичной обмотки r₂ трансформатора

r_1п=0,58R_п(1-_тр),

r₂=0,42R_н(1-_тр)/_тр ,

r_1п=7,8,

r₂=0,42;

- индуктивность первичной обмотки L₁

L₁=A_тр ;

где R_н- сопротивлкние нагрузки,

коэффициент А_тр определяется как А_тр=(10^0,1М.тр-1)^-0,5,

т.к. М.тр1,1 дБ, следовательно, А_тр=1,86

L₁=0,299 Гн;

- индуктивность вторичной обмотки L₂

L₂= L₁n² ;

L₂=0,023 Гн;

- индуктивность рассеяния

L_S0.005 L₁ ;

L_S=1,5 мГн.

Расчет элементов цепи смещения тока базы:

R2(0,1-0,5)R_вх ,

R1=(E_п-U_бо)/I_дел ,

где Е_п - напряжение источника питания,

I_дел определяется как I_дел=2I_бо+U_бо/R2, тогда I_дел=0,6068

R2=125 Ом,

R1=2 кОм.

Среднее значение коллекторного тока I_ср в каждом плече двухтактного каскада равно

I_ср=I_к.м/+I_ко ,

где I_к.м - пиковое значение тока коллектора,

I_ср=0,76 А.

КПД выходного трансформаторного двухтактного каскада :

=;

где U_к.м - амплитуда коллекторного напряжения,

Е_п - напряжение источника питания,

=0,055.

Для расчета предоконечного каскада находим:

- входное сопротивление оконечного каскада R_вх.ок ;

- мощность возбуждения оконечного каскада P_ок ;

R_вх.ок=R_вхR_б/(R_вх+R_б),

P_ок=U_б.м²/2R_вх.ок ,

где R_б - сопротивление делителя в цепи базы, равное

R_б=R1R2/(R1+R2),

R_б=118 Ом,

R_вх.ок=80 Ом,

P_ок=50*10^-3 Вт.

Коэффициент усиления оконечного каскада по напряжению в области средних частот:

k_н=U_к.м/U_вх.м ,

где U_вх.м - амплитуда входного напряжения,

k_н=26.

3.1.5 Расчет нелинейных искажений

Произведем расчет коэффициента гармоник оконечного каскада. Для этого с помощью нагрузочной прямой переменного тока и входной характеристики транзистора построим сквозную динамическую характеристику i=(e_г)

Расчет амплитуд гармонических составляющих коллекторного тока проводится с использованием выражений:

I_1m=(I_kmax-I_kmin+I₁-I₂)/3,

I_2m=(I_kmax-2I_ko+I_kmin)/4,

I_3m=(I_kmax-I_kmin-2(I₁-I₂))/6,

I_4m=(I_kmax+I_kmin-4(I₁+I₂)+6I_o)/12,

I_1m=0,113 А,

I_2m=0,013 А,

I_3m=0,008 А,

I_4m=0,005 А.

Коэффициент гармоник усилителя находим по формуле:

k_г.ок=100% , k_г.ок=14,22%.

3.2 Каскады предварительного усиления

3.2.1 Типовая схема трансформаторного каскада с ОЭ

Типовая схема однотактного трансформаторного каскада на биполярном транзисторе с ОЭ приведена на рис.3.2.1.

3.2.2 Выбор транзисторов промежуточных

усилительных каскадов

Задаваясь параметрами, рассчитанными в пункте 3.1.3, (R_вх.ок, P_ок, E_п) преступаем к расчету.

Мощность, отдаваемая транзистором в первичную обмотку трансформатора, равна

Р=Р/_тр ,

где _тр=0,75-0,8 - КПД трансформатора

Р=0,05/0,8=62,5 Вт.

Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе:

Р_кмах>(1,1…1,2)Р/ _тр ,

Р_кмах>152 мВт.

Предельная частота усиления транзистора f_h21э в схеме с ОЭ удовлетворяет условию

f_h21э(8…15)F_в ,

где F_в , F_н -границы частотного диапазона; F_в=12 кГц.

Напряжение U_ко и ток I_ко удовлетворяют следующим условиям:

U_ко (0,35…0,45) U_кэ.доп ,

10 I_кбо I_ко I_{к.доп ,}

Исходя из данных условий, выбирается транзистор предоконечного каскада. Таким образом, в качестве усилительного элемента предоконечного каскада выбираем транзистор КТ312Б, удовлетворяющий перечисленным выше требованиям.

Исходя из параметров транзистора:

U_кэ.min=0,7 В,

U_кэ.max=35 В,

определяем:

|U_кэ.0|(|U_кэ.min|+|U_кэ.min|)/2,

|U_кэ.0|17,85 В.

Постоянная составляющая тока коллектора:

I_ко=0,02 А.

По семейству выходных характеристик транзистора определяем:

I_б0=0,4 мА;

U_km7,3;

U_km=6;

I_km=0,019;

Сопротивление нагрузки каскада по переменному току:

R_k~= U_km / I_km =316,498 Ом;

По семейству входных характеристик:

I_ба=0,7 мА; U_бэа=0,7 В;

I_бв=0,04 мА; U_бэв=0,62 В;

I_б0=0,4 мА; U_бэ0=0,68 В;

Рассчитываем входное сопротивление:

; U_бэм=0,04 В;

; I_бм=0,33 мА;

; R_вх=121,212 Ом;

Расчет сопротивления в цепи эмиттера:

; В;

; Ом;

Рассчет сопротивлений, задающих смещение в цепи базы:

; I₀=0,43 (мА);

; U_б0=0,151 (В);

; I_к=4 (мА);

; R_б=2120 (Ом);

; R₁=5600 (Ом); ; R₂=3300 (Ом);

Расчет входного сопротивления каскада:

; Ом;

Уточнение сопротивления коллектора переменному току:

; Ом;

Расчет трансформатора.

Рассчитываем коэффициент трансформации n:

n=,

где _тр - КПД входного трансформатора, _тр=0,8;

n=1,2;

Активные сопротивления первичной r₁ и вторичной r₂ обмоток выбираем равными:

;

r₁=5,25 Ом,

r₂=20 Ом.

Расчет индуктивности первичной обмотки:

; Гн;

Расчет индуктивности вторичной обмотки:

; Гн;

Расчет индуктивности рассеяния:

; мГн;

Расчет КПД трансформатора: ;

3.1.4 Расчет шунтирующих конденсаторов

Расчет емкости шунтирующего конденсатора в цепи эмиттера С_э включаемого параллельно сопротивлению R_э:

С_э , (3.1.22)

где коэффициент А_э равен А_э=(10^0,04-1)^-0,5=3,219,

R_и - сопротивление источника сигнала по отношению к базе транзистора,

S_э- сквозная крутизна тока эмиттера, определяемая по формуле:

S_э=(1+h_21э)/(R_и+R_вх) , (3.1.23)

где R_вх - выходное сопротивление транзистора,

h_21э - коэффициент передачи тока, равный h_21э=132,288

Таким образом, получаем:

- для промежуточного каскада - S_э=0,053

Следовательно:

- для промежуточного каскада - С_э 0,5 мФ,

3.3 Проектирование входного каскада

3.3.1 Типовая схема входного каскада

Типовая схема входного каскада на биполярном транзисторе с ОЭ приведена на рис.3.3.1.

3.3.2 Выбор транзистора входного каскада

Коллекторный ток в рабочей точке I_ко (ток покоя):

I_ко(3…5)U_бм/R_н ,

где U_бм - амплитуда переменной составляющей напряжения на сопротивлении R_н, равная U_бм=I_бмR_н , тогда

I_ко0,004 А.

Падение напряжения на резисторе в цепи эмиттера U_эо :

U_эо=(0,15…0,25)Е_п ,

U_эо=3 В.

Мощность Р_к , рассеиваемая на коллекторе транзистора, равна

Р_к= I_коU_кэо ,

где напряжение коллектор-эмиттер U_кэо в рабочей точке равно U_кэо=(Е_п- U_эо)/2

U_кэо=6 В,

Р_к=0,024 Вт.

Исходя из данных условий, выбирается транзистор входного каскада. Таким образом, в качестве усилительного элемента входного каскада выбираем транзистор КТ315А, удовлетворяющий перечисленным выше требованиям.

3.3.3 Расчет входного каскада

По следующим формулам рассчитываем:

- сопротивление резистора в цепи коллектора R_к;

- сопротивление в цепи эмиттера R_э ;

- сопротивление нагрузки по переменному току R_к ;

- коэффициент усиления по напряжению k_н ;

R_к=(E_п-U_кэо-U_эо)/I_ко,

R_э=U_эо/I_ко,

R_к=R_кR_н/(R_к+R_н),

k_нh_21эR_к/h_11э,

где h_11э- входное сопротивление транзистора, равное h_11э=333,83,

h_21э-коэффициент передачи тока, равный h_21э=132,

R_к=1500 Ом,

R_э=750 Ом,

R_к=106,5 Ом,

k_н42,11.

Рассчет сопротивлений, задающих смещение в цепи базы:

; I₀=0,11 (мА);

; U_б0=0,151 (В);

; I_к=0,8 (мА);

; R_б=3589 (Ом);

; R₁=15 (кОм);

; R₂=4700 (Ом);

Рассчитываем коэффициент трансформации n₁:

n₁=,

где _тр1 - КПД входного трансформатора, _тр1=0,9;

R_вх - входное сопротивление первого усилительного каскада, равное R_вх=h_11эR_б , R_вх=333,83 Ом,

R_и - сопротивление источника сигнала, заданное в ТЗ.

n₁=0,03;

Активные сопротивления первичной r₁ и вторичной r₂ обмоток выбираем равными:

r₁=0,5R_и(1-_тр1),

r₂=0,5R_вх(1-_тр1)/_тр1 ,

r₁=25000 Ом,

r₂=18,55 Ом.

Блокировочный конденсатор в цепи базы выбирается из условия:

С_б100/2F_н(R_и+R_вх),

где R_и - сопротивление источника сигнала, пересчитанное к базе транзистора входного каскада и расчитываемое по формуле:

R_и=(R_и+r₁)n²₁+r₂ ,

R_и=491,05 Ом,

С_б0,3 мФ.

Значение блокировочной емкости в цепи эмиттера С_э рассчитывается по методике, описанной выше:

- для входного каскада - S_э=0,072. - для входного каскада - С_э 0,7 нФ.

Расчет емкости разделительных конденсаторов С_р производится следующим образом:

С_р А_р,

где R_к - выходное сопротивление предыдущего каскада;

R_вх.пос - входное сопротивление последующего каскада с учетом сопротивления базового делителя;

коэффициент А_р равен А_р=(10^0,03-1)^-0,5=3,73,

тогда емкость разделительного конденсатора - С_р 57 нФ.

3.4 Расчет параметров цепи обратной связи

3.4.1 Расчет согласующих устройств на входе и выходе цепи ООС

Структурная схема с полным охватом трансформаторов обратной связью показана на рис. 3.4.1.

Формулы расчета параметров при условии согласования R_вх=R_и ; R_вых=R_н :

R_и=500 кОм; R_н=4 Ом;

;

n=n_вх=0,03;

;

;

;

;

;

Расчет балансных сопротивлений как элементов схемы, входных сопротивлений СУ со стороны ОС:

; ;

Ом; Ом;

Расчет входных сопротивлений СУ со стороны ОС:

; ;

Ом; Ом;

3.4.2 Расчет элементов цепи ООС

Типовая схема цепи ОС (рис. 3.4.2) включает в себя последовательно соединенные ЧП 1..4, где блок 3 - постоянный АЧ корректор, блок 2 - переменный корректор, блоки 1, 4 - постоянные частотно-независимые корректоры.

Затухание, вносимое четырьмя блоками, равно:

;

дБ;

k(f) - сквозной коэффициент передачи усилителя с ОС, опред. По данным ТЗ; k₁, k₂, B₁, B₂ - коэф-ты передачи по напряжению между сечениями 1-3, 4-2, 6-3, 4-5 соответственно (см. рис.3.4.1).

3.4.3 Расчет нерегулируемого частотно-зависимого амплитудного корректора

Схема звена АК первого порядка, когда двухполюсники содержат один реактивный элемент.

Расчет крутизны изменения затухания:

;

дБ;

Расчет максимального затухания, вносимого одним звеном корректора:

;

 дБ;

Постоянная передачи корректора при максимальном значении затухания:

;

Частота, на которой затухание корректора равно половине максимального:

;

Сопротивление R в поперечной ветви корректора, равное его характеристическому сопротивлению:

;

Ом;

Сопротивление R₁ и емкость С₁ в поперечной ветви корректора равны:

; Ом;

; мкФ;

Сопротивление R₂ и индуктивность L₂ в продольной ветви корректора равны:

; Ом;

; мГн;

3.4.4 Расчет переменного амплитудного корректора

Исходными данными к расчету являются значения характеристического сопротивления R, предельное значение параметра x, пределы регулировки B.

;

;

;

;

Ом;

Ом;

Ом;

Частота симметрии :

;

кГц;

Индуктивность звена фазового корректора:

;

мГн;

Расчет значений x, R_a, R_б: ;

; Ом;

; Ом;

Характеристическое сопротивление второго дополнительного ЧП R₀₂ и его индуктивность:

; Ом;

; мкГн;

Емкость для 1 и 2 ЧП:

; мкФ;

; мкФ.

3.4.5 Расчет частотно-независимого корректора

Затухания блоков 1 и 4:

;

Расчет входного r₁ и выходного r₂ сопротивления для блока 1:

кОм;

кОм; где R - входное сопротивление переменного корректора.

Расчет элементов частотно-независимого корректора 1:

; Ом;

; Ом;

; Ом;

Расчет входного r₁ и выходного r₂ сопротивления для блока 4:

Ом; где R - выходное сопротивление постоянного корректора.

Ом;

Расчет элементов частотно-независимого корректора 4:

; Ом;

; Ом;

; Ом.

5 Технико-экономическое обоснование проекта

5.1 Характеристика проекта

Проектируется устройство для измерения расхода тепловой энергии. Данный измеритель предназначен для использования в системах отопления. Измеритель обладает большим диапазоном измеряемых расходов наряду с небольшой погрешностью измерений. Кроме того, прибор обеспечивает индикацию наряду с накопленным расходом тепла еще ряда параметров, таких как мгновенный и накопленный расход теплоносителя, температура теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах, а также имеет резервное питание для обеспечения работы таймера, фиксирующего штрафное время при несанкционированном отключении прибора от сети. Все это предоставляет максимум удобств потребителю. От аналогичных образцов измеритель отличается тем, что в нем используется тепловой расходомер для измерения расхода теплоносителя (в аналогах наиболее распространены электромагнитные и ультразвуковые расходомеры). Это позволяет значительно расширить диапазон измеряемых расходов при допустимой погрешности, а также уменьшить габариты прибора.

Измеритель реализован с применением передовых технологий и основан на недорогой элементной базе.

5.2 Выбор методики расчета экономического эффекта

Методика, предложенная в [11], в данном расчете изменена с целью приведения ее в соответствие с современными экономическими условиями. Изменения сводятся к следующему:

-- экономический эффект рассчитывается не для экономики государства в целом, а для предприятия-производителя новой техники;

-- при определении отпускной цены единицы изделия учитываются не только его себестоимость и соответствующие налоги, но и необходимость покрытия расходов на НИОКР и единовременные капитальные вложения производителя;

-- норматив приведения Ен принят равным 1,4 (банк выдает ссуды под 140% годовых).

В соответствии с этими изменениями принят новый порядок расчета: вначале рассчитываются затраты, а затем себестоимость и отпускная цена. Затраты в сфере потребления в данном случае на экономический эффект не влияют и потому не учитываются. Производство изделия предполагается организовать на негосударственном предприятии, при этом НИОКР предприятие не производит, а покупает. В расчетах сохранено соответствие существующему налоговому законодательству.

Под чистой приведённой величиной дохода понимают экономический эффект за расчётный период времени:

,

где Р_Т -- стоимостная оценка результата от мероприятия НТП, руб.;

З_Т -- стоимостная оценка затрат на реализацию мероприятия НТП, руб.;

Т -- расчётный период времени, лет.

Разновременные затраты и результаты необходимо привести к расчётному году-- году начала финансирования работ по осуществлению мероприятия. В нашем случае это 2000-й год -- год начала выпуска приемного модуля. Приведение осуществляется путём умножения результатов и затрат за каждый год на коэффициент приведения K_t, равный:

, (9)

где Е_Н -- норматив приведения, который принимаем равным 1,4;

t_p -- расчётный год (2000);

t -- год, результаты и затраты которого приводятся.

Под результатом будем понимать абсолютную величину прибыли, т.к. база для сравнения отсутствует (отечественных аналогов нет). В качестве результата целесообразно принять прибыль, оставшуюся в распоряжении предприятия-производителя устройства:

, (2)

где Ц_t -- прогнозируемая цена изделия в году t, руб.;

С_t -- себестоимость единицы изделия в году t, руб.;

О_t -- косвенный налог, включаемый в цену изделия в году t, руб.;

N_t -- объём выпуска в году t, шт.;

H_t -- процент налога на прибыль в году t, %.

5.3 Расчёт стоимостной оценки затрат

Стоимостная оценка затрат у производителя новой техники определяется с учётом состава затрат, необходимых для её разработки и производства.

Единовременные затраты в сфере производства включают предпроизводственные затраты (Кпп.з) и капитальные вложения в производственные фонды завода-изготовителя (Кп.ф.):

.

Предпроизводственные затраты определяются по формуле:

,

где S_НИОКР -- сметная стоимость НИОКР, руб.;

К_ОСВ -- затраты на освоение производства и доработку опытных образцов продукции.

5.3.1 Сметная стоимость НИОКР

Ниже приводится смета, рассчитываемая по девяти статьям затрат.

1.Материалы и комплектующие.

Для проведения НИОКР требуются материалы и комплектующие, расчёт затрат на которые приведен в табл. 1.

Таблица 1. - Расчет затрат на материалы и комплектующие.

Наименование	Единицы измерения	Кол-во	Цена ед., руб.	Сумма
Микропрцессор К1816ВЕ51	шт.	1	30000	30000
Микросхема К1113ПВ1	шт.	1	10000	10000
Микросхема К140УД17	шт.	3	2000	6000
Микросхема К572КН6	шт.	1	2000	2000
Микросхема К176ИЕ4	шт.	4	1000	4000
Микросхема КР142ЕН15А	шт.	1	2000	2000
Микросхема КР142ЕН5А	шт.	1	1000	1000
Микросхема К176ИЕ12	шт.	1	1000	1000
Транзистор	шт.	4	250	1000
Плата макетная	шт.	1	1000	1000
Припой ПОС-61	кг	0.1	30000	3000
Канифоль	кг	0.1	20000	2000
Провод монтажный	м	10	1000	10000
Резисторы МЛТ-0.125	шт.	40	30	1200
Коденсаторы	шт.	20	50	1000
Итого: Транспорто-заготовительные Расходы (5%): Всего:				75200 3760 78960

2. Спецоборудование.

Для проведения НИОКР по данной теме никакое спецоборудование не требуется, поэтому затраты на него равны нулю.

3. Расходы на оплату труда.

3.1. Основная заработная плата.

Для проведения НИОКР по данной теме необходимо задействовать одного инженера и одного техника. Вся НИОКР может быть проведена за один месяц (25 рабочих дней). Расчет основной зарплаты сведен в таблицу 2.

Таблица 2.- Расчет основной заработной платы.

Исполнители	Кол-во	Количество человеко-дней	Средняя з/плата в день, руб.	Сумма осн-ой з/платы, руб.
Инженер	3	25	5000	375000
Техник	1	25	3000	75000
Всего				450000

3.2. Дополнительная заработная плата.

Принимаем дополнительную зарплату в размере 15% от основной:

руб.

4. Налоги и отчисления, приравненые к материальным затратам.

Отчисления в фонд социальной защиты населения:

,

где Н_ФС=35% -- норматив отчислений.

руб.

Отчисления на износ инструментов:

,

где Н_ИЗ=115% -- норматив отчислений.

руб.

Отчисления на содержание и эксплуатацию оборудования:

,

где Н_СЭ=220% -- норматив отчислений.

руб.

Цеховых и общезаводских отчислений в данном случае нет, т.к. НИОКР проводится самостоятельной организацией.

Налоги, включаемые в себестоимость, отчисления в бюджет и внебютжетные фонды:

,

где Н_ОБВ=20.6% -- норматив отчислений.

руб.

Итого: 1795230 руб.

5. Командировочные расходы равны нулю, т.к. в служебных командировках нет необходимости.

6. Затраты на услуги сторонних организаций равны нулю, т.к. никаких договоров с ними не заключается.

7. Прочие расходы -- равны нулю.

8. Накладные расходы -- принимаем в размере 150% от основной заработной платы :

руб.

9. Амортизация на восстановление основных фондов.

Для проведения НИОКР по данной теме необходимо использовать персональный компьютер типа IBM-PC, в среднем по 3 часа в день.

Таблица 3. - Расчет амортизации на полное восстаносление основных фондов.

Оборудование	Марка	Балансовая стоимость, руб	Норма амортизации, %	Время работы оборудов., час	Сумма
Компьютер	IBM-PC	550000	12	75	2538

Расчет суммы произведен по формуле:

,

где БС -- балансовая стоимость, руб.,

Н_А -- норма амортизации, %,

t -- время работы, час,

1950 -- годовой фонд работы оборудования, час.

Таблица 4. - Смета затрат и договорная цена разработки.

Статьи затрат	Сумма, руб.	Методы расчета и исходная информация
1. Материалы и комплектующие 2. Спецоборудование 3. Расходы на оплату труда 3.1. Основная зарплата 3.2. Дополнительная з/плата 4. Налоги и отчисления 5. Командировочные расходы 6. Амортизация 7. Услуги сторонних организаций 8. Прочие расходы 9. Накладные расходы	78960 450000 67500 1795230 0 2538 0 0 675000	Таблица 1 (не требуется) Таблица 2 15% от осн. зарплаты Зфс+Риз+Рсэ+Робв (не требуется) Таблица 3 (не требуется) (не требуется) 15% от осн. зарплаты
10. Итого себестоимость 11. Плановые накопления 12. Налог на добавленную стоимость	3069228 1227691 0	40% от п.10 (разработка для потребителя внутри РБ)
13. Итого договорная цена 14. С учетом отчислений от договорной цены согласно налоговому законодательству	4296919 4339888	п.10 + п.11 + п.12 п.13 *1,01

5.3.2 Расчет единовременных капитальных вложений

Единовременные капитальные вложения в сфере производства новой техники определяются следующим образом:

,

где Цоб -- цена оборудования, необходимого для изготовления новой техники, руб.;

Ктр -- затраты на транспортировку приобретаемого оборудования, руб.;

Км -- затраты на монтаж оборудования, руб.;

Кзд -- затраты на строительство зданий, сооружений, связанные с изготовлением новой техники, или стоимость производственной площади, руб.;

Кос -- затраты на пополнение оборотных средств, руб.;

Коф -- балансовая стоимость действующих основных фондов, непосредственно связанных с изготовлением проектируемого изделия, руб.;

Кпр -- прочие капитальные вложения, связанные с предотвращением отрицательных социальных, экономических и других последствий.

Производство измерителей является штучным (выпуск около 300 штук в год). На выпуск одного изделия при этом достаточно 1-го дня ( на пайку и на сборку и наладку). На проведение монтажно-наладочных работ достаточно одного рабочего места (один стол и один стул), поэтому стоить здание и покупать производственное оборудование экономически нецелесообразно. Выгоднее арендовать производственную площадь, где это оборудование уже установлено.

Тогда единовременные затраты на капвложения будут включать только стоимость аренды:

,

где На=1000 руб. -- стоимость аренды одного квадратного метра производственной площади в день;

Sоб = 4 м² -- площадь, занимаемая оборудованием;

Ф =250 дней -- годовой фонд работы на арендуемой площади;

Т = 5 лет - общий срок аренды.

руб.

Итого единовременные затраты:

руб.

5.4 Расчет стоимостной оценки результата

5.4.1 Определение объёма продаж и расчётного периода.

В качестве расчетного периода примем период с 2000 по 2004 год включительно. За пять лет измеритель морально и технически устареет и спрос на него после 2004 года упадет.

При определении объема продаж учтем, что на предприятии требуется 3-4 устройства. Пусть в год удасться заключить контракт на поставку изделий с 100 предприятиями. Тогда возможный объем продаж составит 300 устройств в год.

5.4.2 Расчет себестоимости и отпускной цены проектируемого изделия.

Одним из важнейших показателей, характеризующих изделие как объект производства, является его себестоимость. Она включает сумму затрат в сфере производства на его изготовление и реализацию. Расчет себестоимости единицы проектируемой техники производится по всем статьям затрат в соответствии с [11].

Расчет затрат на комплектующие изделия и материалы в таблице5

Таблица 5. - Расчет затрат на материалы и комплектующие.

Наименование	Еденицы измерения	Кол-во	Цена ед., руб.	Сумма
Микропрцессор К1816ВЕ51	шт.	1	30000	30000
Микросхема К1113ПВ1	шт.	1	10000	10000
Микросхема К140УД17	шт.	3	2000	6000
Микросхема К572КН6	шт.	1	2000	2000
Микросхема К176ИЕ4	шт.	4	1000	4000
Микросхема КР142ЕН15А	шт.	1	2000	2000
Микросхема КР142ЕН5А	шт.	1	1000	1000
Микросхема К176ИЕ12	шт.	1	1000	1000
Транзистор	шт.	4	250	1000
Плата макетная	шт.	1	1000	1000
Припой ПОС-61	кг	0.1	30000	3000
Канифоль	кг	0.1	20000	2000
Провод монтажный	м	10	1000	10000
Резисторы МЛТ-0.125	шт.	40	30	1200
Коденсаторы	шт.	20	50	1000
Итого: Транспорто-заготовительные расходы (5%): Всего:				75200 3760 78170
Всего с учетом возвратных отходов (1%)				78960

Таблица 6. - Расчет основной зароботной платы производственных рабочих-сдельщиков.

Наименование операции	Разряд работ	Оплата за ед. изделия, руб.
1. Радиомонтаж 2. Сборка	3 3	2000 1000
Итого прямой фонд зарплаты Премии (20% от Рз прям.)	3000 600
Всего основная зарплата	3600

Выше рассчитаны прямые статьи затрат. Косвенные статьи затрат рассчитываются по нормативам, установленным в % либо к основной зарплате производственных рабочих, либо к производственной себестоимости продукции. Дополнительная зарплата основных производственных рабочих:

Зд = Зо * Нд / 100,

где Нд = 20% - процент доп. зарплаты.

Зд = 3600 * 20 / 100 = 720 руб.

Зарплата остальных категорий ППП:

Зпк = (Зо + Зд) * Кзп,

где Кзп = 1,9 - расчётный коэффициент.

Зпк = (3600 + 720) * 1,9 = 8208 руб.

Отчисления в фонд соц. защиты населения:

Зфс = (Зо + Зд + Зпк) * Нфс / 100,

Нфс = 35% - норматив выплат.

Зфс = (3600 + 720 + 8208) * 35 / 100 = 4384 руб.

Отчисления на износ инстументов и приспособлений целевого назначения:

Риз = Зо * Низ / 100,

где Низ = 115% - норматив износа.

Риз = 3600 * 115 / 100 = 4140 руб.

Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования равны нулю, т. к. никакое спецоборудование не используется: Рсэ = 0.

Цеховые расходы:

Рц = Зо * Нц / 100,

где Нц = 135% - процент цеховых расходов.

Рц = 3600 * 135 / 100 = 4860 руб.

----------------------------------------------------

Итого цеховая себестоимость изделия:

Сц = М + Зо + Зд + Зпк + Зфс + Риз + Рсэ + Рц = 78960 + 3600 + +720 + 4384 + 36540 + 4140 + 0 + 4860 = 133204 руб.

Общезаводские расходы:

Роз = Зо * Ноз / 100,

где Ноз = 170 - процент общезаводских расходов.

Роз = 3600 *170 / 100 = 6120 руб.

Налоги, включаемые в себестоимость, отчисления в бюджет и внебюджетные фонды:

Робв = (Зо + Зд + Зпк) * Нобв / 100,

где Нобв = 20,6% - норма отчислений.

Робв = (3600 + 720 + 4384) * 20,6 / 100 = 8704 руб.

Прочие производственные расходы:

Рпр = (Сц + Роз + Робв) * Нпр / 100,

где Нпр = 1,5% - процент расходов.

Рпр = (133204 + 6120 + 8704) * 1.5 / 100 = 2220 руб.

----------------------------------------------------

Итого производственная себестоимость изделия:

Спр = Сц + Роз + Робв + Рпр = 133204 + 6120 + 8704 + 2220 = =150248 руб.

Внепроизводственные расходы:

Рв = Спр * Нвн / 100,

где Нвн = 3% - процент расходов.

Рв = 150248 * 3 / 100 = 4507 руб.

----------------------------------------------------

Итого полная себестоимость изделия:

Сп = Спр + Рв = 150248 + 4507 = 154755 руб.

Для того, чтобы производство измерителя было выгодным, необходимо прежде всего покрыть единовременные затраты:

Кп = Sниокр + Кп.ф. = 9339888 руб.

Удельный объём затрат на единицу изделия Кпу найдем, разделив сумму затрат Кп на полное количество изделий, произведенных за 5 лет (Nп = 1500):

Кпу = Кп / Nп = 9339888 / 1500 = 6227 руб.

Обозначим через Сс суммарную величину полной себестоимости и удельных затрат:

Сс = Сп + Кпу = 154755 + 6227 = 160982 руб.

Нормативная прибыль на единицу изделия, которая должна покрыть как себестоимость, так и удельные единовременные затраты:

П = Ури * Сс / 100,

где Ури - уровень рентабельности изделия, который принимаем равным 300% .

П = 300 * 160982/ 100 = 482946 руб.

Добавленная стоимость:

ДС = Зо + Зд + Зпк + Зфс + Ао + П,

где Ао-амортизационные отчисления на полное восстановление ОПФ предприятия:

Ао = Нао * Зо / 100,

где Нао - процент АО, который принимаем равным 12%.

Ао = 12 * 3600 / 100 = 432 руб.

ДС = 3600 + 720 + 8208 + 4384 + 432 + 482946 = 500290 руб.

Налог на добавленную стоимость:

Рдс = Ндс * ДС / 100,

где Ндс = 20 % - ставка налога.

Рдс = 20 * 500290 / 100 = 100058 руб.

Отчисления на содержание ведомственного жилого фонда:

Ожф = (Сп + П + Рдс) * Нжф / 100,

где Нжф = 1% - процент отчислений.

Ожф = (154755 + 482946 + 100058) * 1 / 100 = 7378 руб.

Свободная (договорная) отпускная цена:

Ц = Сп + П + Рдс + Ожф = 154755 + 482946 + 100058 + 7378 = 745137 руб.

5.4.3 Определение чистой прибыли от внедрения проекта

Считаем, что себестоимость и отпускная цена изделия остаются постоянными в течение всего расчётного периода. Косвенный налог, включаемый в цену изделия:

О = Рдс + Ожф,

где Рдс = 100058 руб. - НДС;

Ожф = 7378 руб. - отчисления на содержание ведомственного жилого фонда.

О = 100058 + 7378 = 107436 руб.

Тогда прибыль, остающаяся в распоряжении предприятия:

Пр = (Ц - Сп - О) * N * (1 - Ннп / 100),

где Ннп = 30% - процент налога на прибыль.

Пр = (745137 - 154755 - 107436) * 100 * (1 - 0.3) = 33806220 руб.

Считаем, что НИР и ОКР будут проведены в 2000 году. В этом же году планируется начать выпуск изделий. Поэтому коэффициент приведения в 2000-м году принимаем равным 1, а в последующие годы рассчитываем по формуле (9):

K(2001) = 0.41,

K(2002) = 0.17,

K(2003) = 0.07,

K(2004) = 0.03 .

Результаты расчёта чистой прибыли сведены в таблицу 7.

Таблица 7. - Расчет чистой прибыли от внедрения проекта.

Показатели	Ед. изм.	2000	2001	2002	2003	2004
Объем производства	шт.	1500	1500	1500	1500	1500
Прогнозируемая цена	млн.руб.	0,745	0,745	0,745	0,745	0,745
Чистая прибыль	млн.руб.	33,8	33,8	33,8	33,8	33,8
То же, привед к 2000 г.	млн.руб.	33,8	13,8	5,7	2,4	1,01
Коэф. Приведения		1	0.41	0.17	0.07	0.03

5.5 Расчёт экономического эффекта

На основе расчётов, проведённых ранее, можно определить экономический эффект от внедрения проекта.

Таблица 8. - Расчёт экономического эффекта.

	Расчетный период
Показатели	Ед.изм.	2000	2001	2002	2003	2004
РЕЗУЛЬТАТ
1	Прогноз.объем производства	шт.	1500	1500	1500	1500	1500
2	Прогноз.цена	млн.руб.	0,745	0,745	0,745	0,745	0,745
3	Себестоимость ед.продукции	млн.руб.	0,155	0,155	0,155	0,155	0,155
4	Чистая прибыль от внедрения	млн.руб.	33,8	33,8	33,8	33,8	33,8
5	То же, с учетом фактора времен	млн.руб.	33,8	13,8	5,7	2,4	1,01
ЗАТРАТЫ
6	Предпроизводс-твенные затраты	млн.руб.	4.4
7	Единовремен капвложения	млн.руб.	9.3
8	Затраты на ре-кламу (прогноз)	млн.руб.	0.2
9	Всего затрат	млн.руб.	13,9
10	То же с учетом фактора времен	млн.руб.	13,9
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
11	Превыш резул над затратами	млн.руб.	19,9	8,2	3,4	1,4	0,6
12	То же с нар итог	млн.руб.	19,9	28,1	31,5	32,9	33,5
13	Коэф приведен		1	0.41	0.17	0.07	0.03

5.6 Определение срока окупаемости и рентабельности проекта

Срок окупаемости проекта СО найдем, разделив сумму единовременных затрат на приведенную величину прибыли за первый расчетный год:

СО = 14.3 / 33,8 = 0.41 года.

Рентабельность проекта - это величина, обратная сроку окупаемости, выраженная в процентах:

R = (1 / 0.41) * 100 = 244%.

5.7 Выводы

Анализ данных, приведенных в таблице 8, позволяет сделать следующие выводы. Основные затраты по реализации и внедрению проекта приходятся на долю НИОКР (4.4 млн. руб.) и единовременных капитальных вложений (9.3 млн. руб.). Экономический эффект от внедрения проекта составит (на 2004 год) 33,5 млн. руб. Срок окупаемости проекта равен 0,41 года. Рентабельность проекта 244%.

Для увеличения экономического эффекта нужно увеличивать объем выпуска измерителей и снижать их себестоимость.

В целом принятая методика расчета себя оправдала; учет затрат на НИОКР и единовременные капитальные вложения при определении плановой прибыли на единицу изделия позволил добиться превышения результатов над затратами.

6.Охрана труда и экологическая безопасность

6.1 Операции и работы, выполняемые при наладке, и используемые контрольно-измерительные приборы.

Проектируемый измеритель расхода тепловой энергии перед началом эксплуатации необходимо откалибровать. Проверке и правильной установке подлежат уровни напряжений питания, опорных напряжений, коэффициенты усиления усилителей.

Измерение постоянных напряжений производится вольтметром Ц-43-16. Кроме того, необходим осциллограф типа С1-65 для контроля временных диаграмм работы цифровых устройств, параметров импульсов задающих генераторов. Все приборы питаются однофазным напряжением 220 В от трехфазной сети с заземленной нейтралью.

6.2 Возможные причины электропоражений при выполнении наладочных работ

При наладке измерителя все работы производятся без отключения напряжения питания. Снятие осциллограмм и уровней постоянных напряжений в контрольных точках измерителя производится при снятом кожухе. Поскольку при этом токоведущие части устройства не изолированы, то существует вероятность однофазного прикосновения к ним наладчика. Кроме того, возможно прикосновение не изолированного от земли человека к металлическому корпусу измерительного прибора (вольтметра или осциллографа), оказавшегося под напряжением.

Прикосновение наладчика к токоведущим частям может также произойти в случае повреждения изоляции; случайного соединения токоведущего провода с металлическими частями устройства, в обычном состоянии не находящимися под напряжением; ошибочной подачи напряжения на измеритель; неиспользования электрозащитных средств или их неисправности.

6.3 Оценка максимально возможных токов поражения

Оценка опасности поражения заключается в расчете протекающего через тело человека тока I_h или напряжения прикосновения U_пр и сравнении этих величин с предельно допустимыми в зависимости от продолжительности воздействия тока.

Эта оценка должна проводится как в нормальном режиме работы электроустановки, так и в аварийном. Под аварийным режимом понимается работа неисправной установки, при которой могут возникнуть опасные ситуации, приводящие к электротравмированию людей, взаимодействующих с электроустановкой.

Поражение наладчика электрическим током наиболее вероятно при прикосновении к металлическим корпусам контрольно-измерительной аппаратуры, которые могут оказаться под напряжением в результате пробоя. При однофазном прикосновении схема включения человека в цепь будет выглядеть, как представлено на рисунке 18.

Рисунок 18 - Схема включения человека в электрическую цепь.

Рассчитаем ток I_h, протекающий через тело человека при указанной схеме включения. Сопртивление пола и обуви не учитываем:

,

где U - напряжение сети, В;

R_h - сопротивление человека, Ом;

r₀ - сопротивление заземления нейтрали, Ом.

Поскольку питание осуществляется от сети напряжения 380\220 В, то сопротивление заземления нейтрали равно 4 Ом [15]. Неповрежденная, сухая и чистая кожа, а следовательно и тело человека имеет сопротивление от 10 кОм до 100 кОм. Поврежденная, грязная и влажная кожа имеет малое электрическое сопротивление, которое может снизиться до 1 кОм. За расчетное сопротивление тела человека принято считать 1 кОм. Тогда:

(мА).

Ток такой величины может представлять опасность для человека при продолжительности воздействия t 1 с. Следовательно, необходимо применить защитные меры.

6.4 Выбор и обоснование мер по обеспечению электробезопасности наладчика

6.4.1 Расчет зануления как технического способа защиты от электропоражений

Так как электропитание измерителя и контрольно-измерительных приборов осуществляется однофазным напряжением от трехфазной сети с заземленной нейтралью, то наиболее простым и надежным способом защиты является зануление.

Зануление состоит в преднамеренном соединении металлических нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением вследствие пробоя изоляции, с нулевым защитным проводником (соединяющим зануляемые части с заземленным выводом). При замыкании фазы на корпус образуется контур короткого замыкания, характеризуемый силой тока весьма большой величины, достаточной для `выбивания' предохранителя в фазном питающем проводе. Электроустановка обесточивается.

Так как плавкие предохранители и автоматические выключатели с тепловой защитой срабатывают в течение нескольких секунд, для снижения напряжения по отношению к земле на зануленных частях в течение этого времени обязательно применение повторного заземления нулевого защитного проводника (рисунок 19).

Необходимо учитывать, что для надежной работы зануления значение тока однофазного короткого замыкания I_кз фазы на зануленный корпус электроустановки должно удовлетворять условию ,

Рисунок 19 - Схема защитного зануления.

где I_н - номинальный ток перегорания плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автоматического выключателя;

k - коэффициент безопасности, принимается равным 3 при защите электроустановки плавким предохранителем;

для уменьшения опасности поражения персонала током, возникающем при обрыве защитного проводника, обязательно применение повторного его заземления.

Найдем номинальный ток срабатывания устройства защиты:

,

где K_н - коэффициент надежности, равный 1.1;

N - мощность, потребляемая электроприборами (1 кВА);

U - напряжение питания, 220 В.

(А).

Найдем ток короткого замыкания:

,

где Z_T и Z_П - модули полного сопротивления обмоток источника питания (трансформатора) и полного сопротивления петли `фаза-ноль', Z<sub>T</sub> = 3.11 Ом [14] при схеме включения обмоток трансформатора `звезда-звезда'.

,

где R_Ф и R_Н - активное сопротивление фазного и нулевого защитного провода;

X_Ф и X_Н - внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого защитного провода, X_Ф = 0.07 Ом, X_Н = 0.07 Ом [1];

X_П - внешнее индуктивное сопротивление петли `фаза-ноль', Ом. Обычно не превышает 0.1 Ом/км, поэтому им можно пренебречь.

,

где - удельное сопротивление материала провода, равное 0.0175 Ом·мм²/м для меди [14];

L - длина проводника, имеющего поперечное сечение и выполненного из одного материала, L = 10 м.

(Ом).

Получаем:

(Ом),

(А).

По результатам расчета в качестве отключающего устройства выберем предохранитель типа НПИ 15, у которого номинальный ток срабатывания равен 6 А.

6.4.2 Требования к персоналу и организации рабочего места

Подключение кабелей комплекта измерительных приборов необходимо производить только после приведения всех органов управления в исходное положение и при выключенных источниках питания.

При работе после подачи напряжения запрещается:

производить замену предохранителей;

соединенять, разъединенять штепсельные разъемы;

Категорически запрещается применение нестандартных предохранителей, самодельных кабелей без разъемов, соединительных проводов без наконечников. При обнаружении дыма или запаха горелой изоляции необходимо немедленно снять напряжение и принять меры к выявлению и устранению причин и последствий неисправности.

Для наладки проектируемого измерителя необходимо организовать рабочее место: специально оборудованный стол и свободную часть площади около него, предназначенную для размещения налаживаемого оборудования, контрольно-измерительной аппаратуры и самого наладчика.

Рабочий стол должен быть выполнен из диэлектрического материала, иметь полки для размещения контрольно-измерительного оборудования, шину защитного заземления.

Измерения могут производиться путем касания точек схемы проводом, идущим от измерительного прибора и оканчивающегося штекерным наконечником из твердого изоляционного материала с металлическим наконечником длиной не более 1-2 см. Другой провод до начала измерения прикрепляется к корпусу налаживаемого макета.

К наладке измерителя допускаются лица, достигшие 18 лет, прошедшие инструктаж и обучение безопасным методам труда, проверку знаний правил техники безопасности и инструкций с присвоением квалификационной группы по технике безопасности и не имеющие медицинских противопоказаний.

Организацию работ и надзор за безопасным их ведением осуществляет административно-технический персонал, квалификационная группа которого должна быть не ниже 3 (так как напряжение установки -- до1000 В).

Список литературы

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. - Л.: Машиностроение, 1989.

2. Коротков П.А. и др. Тепловые расходомеры. - Л.: Машиностроение, 1969.

3. Каханович В.Е., Калько Р.А., Апарович А.М. Учет и контроль расхода энергоносителей и тепловой энергии. - М.: Энергия, 1980.

4. Пат. 2041450РФ. МКИ G01K 17/16. Теплосчетчик. /Анишин А.С., Бунеев Н.И., Чернова А.А. -- Опубл. 09.08.95.

5. Леванов Н.И. и др. Теплотехника и гидродинамика. - М.: Энергия, 1975.

6. Фолкенберри Л. Применения операционных усилителей и линейных ИС. - М.: Мир, 1985.

7. Кауфман М., Сидман А. Практическое руководство по расчетам схем в электронике. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

8. Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника. - М.: Энергоатомиздат, 1994.

9. Яковлев В.Н. Импульсные генераторы на транзисторах. - Киев, Техника, 1968.

10. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. - М.: Энергоатомиздат, 1994.

11. Якубовский С.В. и др. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. - М.: Радио и связь, 1990.

12. Богданович М.И. и др. Цифровые интегральные микросхемы. - Мн.: Беларусь, 1991.

13. Елецких Т.В. и др. Методические указания по технико-экономическому обоснованию дипломных проектов. - Мн.: БГУИР, 1996.

14. Михнюк Т.Ф. Задачи и расчеты по охране труда по курсу «Охрана труда». Мн.: БГУИР, 1988.

15. Михнюк Т.Ф. Безопасность жизнедеятельности.-- Мн.: Дизайн ПРО, 1998.

16. Кириллов В.И., Тарченко Н.В. Проектирование усилительных устройств многоканальных систем телекоммуникаций: Учебно-методическое пособие. Мн.: БГУИР, 1999

17. Галкин В.И., Булычев А.Л., Лямин П.М. Полупроводниковые приборы. Транзисторы широкого применения: Справочник. Мн.: Беларусь, 1995.