Курсовая по электронике. ФИНАЛЬНЫЙ ВАРИАНТ КР по электронике. Михайлов А.В. ИИЭСМ-2-30. Проектирование стабилизированного блока питания на 2 напряжения 24В 1А, 12В 2А

• Название: Проектирование стабилизированного блока питания на 2 напряжения 24В 1А, 12В 2А
• Анкор: Курсовая по электронике
• Дата: 22.04.2023
• Размер: 0.61 Mb.
• Имя файла: ФИНАЛЬНЫЙ ВАРИАНТ КР по электронике. Михайлов А.В. ИИЭСМ-2-30.docx
• Тип: Курсовой проект; #1081355

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт ИИЭСМ

Кафедра АиЭ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА)
по дисциплине

«Электроника»
Тема:

«Проектирование стабилизированного блока питания на 2 напряжения +24В 1А, -12В 2А»

Выполнил обучающийся	ИИЭСМ 2-30 Михайлов А.В.
	(институт (филиал), курс, группа, Фамилия И.О.)
Руководитель курсового(-ой) проекта (работы)	К.т.н., доцент Баринов С.В.
	(ученое звание, ученая степень, должность, Фамилия И.О.)
К защите
	(дата, подпись руководителя)
Курсовой(-ая) проект (работа) защищен(-а) с оценкой
	(оценка цифрой и прописью)
Руководитель курсового(-ой) проекта (работы)
	(дата, подпись руководителя)
Председатель аттестационной комиссии
	(должность, Фамилия И.О.)
Члены комиссии:
	(дата, подписи членов комиссии)

Москва 2022 г.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт ___ИИЭСМ__________________________________________________________________

Кафедра ___АиЭ______________________________________________________________________

Дисциплина___Электроника____________________________________________________________
ЗАДАНИЕ

НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА (КУРСОВОЙ РАБОТЫ)
ФИО обучающегося___Михайлов Артем Владимирович_____________________________________

Курс, группа___2-30___________________________________________________________________

1. 
   Тема курсового(-ой) проекта (работы) «Проектирование стабилизированного блока питания на 2 напряжения +24В 1А, -12В 2А
   

___________________________________________________________________________________»

2. 
   Исходные данные к курсовому(й) проекту (работе) ___Значения напряжения и силы тока будущего блока питания
   

____________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________

3. 
   Содержание текстовой части (перечень подлежащих решению задач)___Рассмотрение основных элементов, применяемых в блоках питания, определение параметров, которые необходимо удовлетворить при проектировании блока питания ____________________________________________________________________________________
   

____________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________

4. 
   Перечень графического материала (с указанием обязательных материалов)___Принципиальная схема спроектированного блока питания
   

____________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________
График выполнения курсового(й) проекта (работы):

№	Наименование этапа выполнения курсового(-ой) проекта (работы)	Срок выполнения	Процент выполнения курсового(й) проекта (работы), %
1	Поиск теоретического материалы	17.03.2022	20
2	Выполнение расчетов и подбор элементов	10.04.2022	65
3	Построение схемы, оформление работы	06.05.2022	95
	Загрузка файлов(а) КП/КР в ЛКС	14.05.2022	100

Дата выдачи задания ___ 01.03.2022 ______________________________________________________

Срок представления КП/КР руководителю – последняя неделя периода теоретического обучения семестра

Обучающийся ___________________

(подпись)

Руководитель ____________________

(подпись)

Оглавлени

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА) 1

ЗАДАНИЕ 2

Введение 4

Расчет, выбор элементов 12

Заключение 22

Список литературы 23

Приложения 24

Введение 4

Обзор элементов 6

Расчет, выбор элементов 12

Заключение 22

Список литературы 23

Приложения 24

Введение

Минувшее десятилетие ознаменовалось резким увеличением темпов технического прогресса, научно-технической революцией во многих областях современной техники и прежде всего в радиоэлектронике и автоматике.
В каждом электронном устройстве имеется источник электропитания, от нормального функционирования которого зависит работоспособность всего устройства. Эти источники разнообразны, и выбор того или иного из них определяется потребляемой мощностью, видом питаемого электронного устройства, а также условиями его эксплуатации. В одних случаях источники питания конструктивно объединены с питаемым устройством, в других – отделены от него и представляют собой самостоятельную конструкцию
Радиоэлектронная аппаратура и приборы автоматики предъявляют весьма жесткие требования к качеству потребляемой ими электрической энергии, а в ряде случаев требуют обязательного преобразования энергии первичного источника. Поэтому одновременно с прогрессом в автоматике и радиоэлектронике происходило бурное развитие преобразовательной техники и статических средств вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, которые осуществляют необходимые преобразования электрической энергии (часто многократные), обеспечивая при этом требуемые значения питающих напряжений как постоянного, так и переменного – однофазного или многофазного – токов; электрическую изоляцию цепей питания друг от друга и от первичного источника; высокую стабильность вторичных питающих напряжений в условиях значительного изменения первичного питающего напряжения и нагрузок; требуемую форму напряжений переменного тока, постоянство сдвига их фаз и высокую стабильность их частоты и т. п.
Полученные в этой области качественно новые результаты, а именно обеспечение высокой надежности, экономичности и большого срока службы средств вторичного электропитания при их сравнительно малых габаритах и массе, обусловлены переходом на полупроводниковую элементную базу.
В настоящее время средства вторичного электропитания представляют собой достаточно сложные устройства, которые содержат большое количество разнообразных функциональных узлов, выполняющих те или иные функции преобразования электрической энергии и улучшения ее качества. Прогресс в разработке и совершенствовании переносных, подвижных и стационарных автономных объектов различного назначения, территориально удаленных от промышленных энергетических систем и снабженных автономными первичными источниками электрической энергии типа аккумуляторных или солнечных батарей, топливных элементов, ядерных источников и т. п., вызвал повышенный интерес инженеров и ученых к области питания радиоэлектронной аппаратуры и систем автоматики от первичной сети переменного тока.
В итоге разработок создан обширный класс полупроводниковых преобразовательных устройств. Согласно ГОСТ Р 52907-2008 «Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Термины и определения» средством вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры называется функциональная часть радиоэлектронной аппаратуры, использующая электроэнергию, получаемую от системы электроснабжения или источника питания электроэнергией и предназначенную для формирования вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Источники вторичного электропитания состоят из функциональных узлов вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, выполняющих одну или несколько функций, например, функции выпрямления, стабилизации, усиления, регулирования и т. п.


Обзор элементов




При проектировании стабилизированного лабораторного блока питания будут использованы такие компоненты, как сетевой трансформатор, диоды­­, конденсаторы, транзисторы, резисторы и стабилитроны. Рассмотрим каждый компонент поподробнее.
Сетевой трансформатор (ториодальный)
Когда речь заходит о трансформаторах, их типах, то все модели все равно имеют схожий функционал, единственное, чем могут отличаться трансформаторы друг от друга, так это сферой применения и материалами самого изделия. В ассортименте силовых элементов почетное место занимает тороидальный трансформатор, отличающийся удачными конструктивными способностями, хорошими эксплуатационными качествами. А самое главное отличие такого трансформатора от всех других типов заключается в том, что сердечник или магнитопровод изделия сформирован в виде кольца (Рис.1).


Рис. 1. Тороидальный трансформатор

Тороидальный трансформатор имеет широкую сферу применения, как в промышленной, так и в бытовой среде. Так, многие обыватели не задумываются, но тороидальные трансформаторы нас буквально окружают, обеспечивая нам комфорт и уют в домах и квартирах. Во-первых, низкочастотные трансформаторы задействуются в формировании энергосистемы и всех основных коммуникаций, не исключая обычные розетки. Во-вторых, в схемах источника бесперебойного питания для компьютера и смартфона также можно обнаружить трансформатор, который считается незаменимым элементом цепи.

Да и в сфере радиотехники, электроники, инженерии не обойтись без тороидальных трансформаторов. Очевидно, что такие важные силовые элементы используются для создания безопасного и эффективного источника питания осветительной техники, работы медицинского и диагностического современного оборудования.

В промышленной среде совершают расчет тороидального трансформатора и внедряют его в комплектование схем сварочного оборудования.

Диоды
Диод – электронный прибор с двумя (иногда тремя) электродами, обладающий односторонней проводимостью. Электрод, подключенный к положительному полюсу прибора, называют анодом, к отрицательному – катодом. Если к прибору приложено прямое напряжение, то он находится в открытом состоянии, при котором сопротивление мало, а ток протекает беспрепятственно. Если прикладывается обратное напряжение, прибор, благодаря высокому сопротивлению, является закрытым. Обратный ток присутствует, но он настолько мал, что условно принимается равным нулю.

Благодаря тому, как просто устроены диоды, они распространены повсеместно. Их используют почти в каждом приборе, который можно увидеть дома. Например, LED телевизоры, сам принцип их работы основан на использования светодиодов. Другие примеры – блоки питания, реле, любительские электрические схемы.

Внешний вид диода представлен на рисунке 2.


Рис.2. Внешний вид диода

Конденсаторы
Конденсатор —это двухполюсник с постоянным или переменным значением ёмкости и малой проводимостью. Также является устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин, называемых обкладками, разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами. С примером такого конденсатора можем ознакомиться на рисунке 3.




Рис. 3. Конденсатор
Транзисторы
Транзистор – это прибор, работающий по принципу полупроводника и предназначен для усиления сигнала. Из-за особенностей строения кристаллической решетки и своих полупроводниковых свойств, транзистор увеличивает протекающий через нее ток. Сами же вещества, имеющие такие свойства, препятствуют его протеканию. Самими основными элементами считаются германий (Gr) или кремний (Si).

Транзисторы применяются в очень многих технических устройствах. Самые яркие примеры:

1. 
   Усилительные схемы.
   
2. 
   Генераторы сигналов.
   
3. 
   Электронные ключи.
   

Во всех устройствах связи усиление сигнала необходимо. Во-первых, электрические сигналы имеют естественное затухание. Во-вторых, довольно часто бывает, что амплитуды одного из параметров сигнала недостаточно для корректной работы устройства.

Информация передаётся с помощью электрических сигналов. Чтобы доставка была гарантированной и качество информации высоким, нам необходимо усиливать сигналы. Транзисторы способны влиять не только на амплитуду, но и на форму электрического сигнала. В зависимости от требуемой формы генерируемого сигнала в генераторе будет установлен соответствующий тип полупроводникового прибора. Электронные ключи нужны для управления силой тока в цепи. В состав этих ключей входит множество транзисторов. Электронные ключи являются одним из важнейших элементов схем.

Внешний вид транзистора представлен на рисунке 4.



Рис. 4. Внешний вид транзистора
Резисторы
Самым распространённым элементом в электрических схемах является резистор. Эта несложная в изготовлении радиодеталь используется для ограничения проходящего через него тока, а также изменения напряжения. По своей сути она является пассивным элементом, преобразующим электрическую энергию в тепло.
Свойства резистивных элементов можно использовать в следующих целях:

1. 
   преобразование силы тока в напряжение и наоборот;
   
2. 
   ограничение протекающего тока с получением его заданной величины;
   
3. 
   создание делителей напряжения (например, в измерительных приборах);
   
4. 
   решение других специальных задач (например, уменьшение радиопомех).
   

Внешний вид резистора показан на рисунке 5.


Рис. 5. Резистор

Расчет, выбор элементов

1. 
   Стабилитрон VD1 выбирается со значением напряжения стабилизации, равном половине выходного напряжения стабилизатора:
   U_CT=U_BЫХ/2=24/2 = 12 В
   При этом условии обеспечивается наилучшая стабилизация. Выбираем стабилитрон, максимально близкий по напряжению стабилизации – КС212Ж, у которого U_ст = 12 В, I_ст =(0.0005- 0,011 А), среднее значение 0,00575 А.
   
2. 
   Расчет резистора U_Rб = U_BЫХ – U_C = 24 – 12 = 12 В
   

Зная падение напряжения и номинальный ток стабилизации стабилитрона, по закону Ома определяем сопротивление резистора:

R_б = U_Rб/ I_ст = 12/ 0,00575= 2087 Ближайшее значение сопротивления резистора по номинальному ряду – 2,2 кОм.

Мощность резистора находим из условия Р_Rб = U_Rб x I_ст x 2 = 12 * 0,00575* 2 = 0,138 Вт.

Ближайшее значение мощности по номинальному ряду – 0,25 Вт. Таким образом, параметры R_б – 2,2 кОм на 0,25 Вт.

3. 
   Определим токи стабилизации стабилитрона при изменении напряжения в пределах регулировки стабилизатора. Для того, чтоб обеспечить 24 В на выходе с учетом разброса параметров элементов требуется иметь возможность регулировки напряжения в пределах 20% получаем U_ВЫХ  19,2  28,8 В
   
4. 
   Они должны не выходить за предельные токи стабилитрона, стоящего в мостовой измерительной цепи.
   а) Определим минимальный ток при выходном напряжении 19,2 В
   I_{СТ min}=(U_MIN-U_CT)/R_Б=(19,2-12 )/2200=0,0033А  I_MIN=0,0005A стабилитрона.
   б) Определим максимальный ток стабилитрона при максимальном выходном напряжении 28,8 В
   I_{СТ max}=(U_MIN-U_CT)/R_Б=(28,8-12)/2200=0,0076А  I_MАХ=0,011A стабилитрона
   Диапазон выбранных напряжений не выходит за предельные значения тока стабилизации и находится на уровне средних значений.
   в) В связи с тем, что ток через стабилитрон изменился, следует проверить, достаточна ли его мощность для работы в таком режиме:
   Р_Rб = R_б*I²_CT.MAX*2 = 2200 * 0,0076² * 2 = 0,254 Вт
   В данном случае следует взять сопротивление со следующими параметрами:
   2,2 кОм 0,5 Вт
   
5. 
   Рассчитаем делитель R₁,R₂,R₃:
   На стабилитроне КС212Ж падает – 12 вольт. Параметры режима транзистора VT1 определяют для "рабочей точки", при котором напряжение U_ЭБ = 0,65 В для кремневого транзистора проводимости n-p-n. Следовательно, что на базе должно быть всегда напряжение относительно корпуса стабилизатора
   U_Б=U_CТ+U_БЭ= 12 + 0,65 = 12,65 В.
   База соединена с выводом контактного движка регулировочного резистора R2, значит, что напряжение 12,65 В всегда должно быть в данной точке цепи.
   Исходя из этого, можно составить и решить, систему уравнений с тремя неизвестными.
   Для упрощения в делают расчеты для двух крайних случаев:
   При максимальном напряжении стабилизации U_вых.max = 28,8 вольт, вывод движка находится в нижнем по схеме положении, ток стабилизации I_ст.max = 0,076 A, а ток делителя R₁,R₂,R₃ принимают в 10 раз меньше (учитывается коэффициент усиления транзистора по току, который для маломощных транзисторов не может быть менее 10): I_цепи = 0,0076 А , следовательно: R₃=U_Б/I_ЦЕПИ= 12,65/0,0076 = 1665 Ом;
   R₁ + R₂ = (U_вых.max - U_R3) / I_цепи = (28,8 – 12,65)/0,0076=2125 Ом.
   

Суммарное сопротивление R_СУМ=R₁ + R₂ + R₃ = 1665 + 2125 = 3790 Ом
При минимальном напряжении стабилизации U_вых.min = 19,2 В, вывод движка находится в верхнем положении и ток делителя будет:
I_цепи = U_вых.min / (R₁ + R₂ + R₃) = 19,2/3790 = 0,005 А
Также определим значение R_1.

R₁ = (U_вых.min – U_Б) / I_цепи = (19,2–12,65)/0,005 = 1310 Ом, отсюда значение R₂ определяем как R₂ = R_СУМ-R₁-R₃=3790–1310-1665= 815 Ом, выбираем значения резисторов из значений номинального ряда: R₁ = 1,3 кОм, R₂ = 0,82 кОм (переменный), R₃ = 1,6 кОм
Мощности резисторов следует выбрать аналогично пункту 3,в)
P_R1=I²_MAX*R₁=0,0076²х1300=0,075 Вт выбираем 0,125 Вт

P_R2=I²_MAX*R₂=0,0076²х820=0,047 Вт выбираем 0,125 Вт

P_R3=I²_MAX*R₃=0,0076²х1600=0,092 Вт выбираем 0,125 Вт

6. 
   Расчет второго источника опорного напряжения и смещения VT2.
   Напряжение стабилизации VT2 должно обеспечивать рабочий режим выходных транзисторов не менее чем U_БЭ для одного силового транзистора или суммарное напряжение для составного.
   Учитывая что U_БЭ мощных транзисторов может иметь значение до 1,2 В следует выбирать
   U_CT=U_{ВЫХ.МАХ}+nU_БЭ, где n – число транзисторов в каскаде составного транзистора (в данном случае n=2) U_CT=28,8+1,2x2=31,2 В.
   В качестве стабилитрона выбираем КС222Ж и КС191Ж, у которого U_ст = 31,1 В, I_ст = 10,5 мА .
   

При выборе напряжения трансформатора его надо задать следующим:
U_ТР=U_CT*1,2=31,1 * 1,2=37,3 В.
Определим R_см. Выходное напряжение трансформатора после выпрямления и сглаживания фильтром = 19 вольт, тогда R_см = (U_тр. - U_ст) / I_ст = (37,3 – 31,1) / 0,0105А = 590 Ом.
Мощность резистора Р_Rсм = U_Rсм * I_ст = 6,2 * 0,0105 = 0,0651 Вт, ближайшая из номинального ряда - 0,125 Вт.
Для стабильной работы цепи опорного напряжения R_см VD2, необходимо, чтобы R_к не оказывал на эту цепь шунтирующего действия. Поэтому ток R_к должен быть как минимум в 2 раза меньше тока стабилитрона. Кроме того, на нём падает разность между входным и выходным напряжением:
U_Rк = U_тр. - U_вых. = 37,3 – 19,2 = 18,1 В,
отсюда: R_к = U_Rк / (I_ст/2) = 18,1 /(0,0105/2) = 3448 Ом. Выбираем 3,6 кОм
Мощность Р_Rк = U_Rк * (I_ст / 2) = 18,1 *(0,0105/2) = 0,095 Вт, ближайший 0,125 Вт

7. 
   Выбор транзисторов.
   

В качестве VT1 следует выбирать маломощный транзистор типа КТ361В. Он удовлетворяет следующим требованиям:
-достаточно высокий коэффициент усиления (передачи) h21Э = 40;
-допустимое напряжение коллектор-эмиттер – 40 вольт.
-ток коллектора 0,05 А.
В качестве VT2 желательно использовать транзистор средней мощности типа КТ815Б со следующими параметрами:
-коэффициент передачи h21Э = 40
-напряжение коллектор – эмиттер 40 В;
-ток коллектора до 1,5 А.
Он обеспечит усиление тока коллектора VT1 в 40 раз;
В качестве VT3 требуется выбрать транзистор с номинальным током коллектора не ниже
максимального тока стабилизатора 1 А с запасом как минимум 50%.

Транзистор КТ816Б с параметрами:
-коэффициент передачи h21Э = 25
-напряжение коллектор-эмиттер 45В;
-ток коллектора до 3А;
-допустимая мощность до 25 ВА.
Следует проверить мощность, рассеиваемую на n-p-n переходе силового транзистора:
P_MAX=(U_MAX*I_MAX)/2=((U_TP-U_CT.MIN)xI_MAX)/2=((37,3-19,2)*1)/2=9 ВА

8. 
   Расчет резистора смещения Rэ.
   Rэ = (U_БЭ/I_MAX)*h21Э=(0,9/1)х25= 22,5 Ом
   
9. 
   Расчет выпрямительных диодов:
   

Ток нагрузки 1 А, следовательно ток диода в 2 раза меньше и равен 0,5 А. Выпрямленное напряжение 24 В, следовательно обратное напряжение в 1,41 раза больше и равно 34В. Тогда выбираем диод Д305.
Проведем расчет под вторые значения напряжений и силы тока.

1. 
   Стабилитрон VD3 выбирается со значением напряжения стабилизации, равном половине выходного напряжения стабилизатора:
   U_CT=U_BЫХ/2=12/2 = 6 В. При этом условии обеспечивается наилучшая стабилизация. Выбираем стабилитрон, максимально близкий по напряжению стабилизации – КС175Ж, у которого U_ст = 7,5 В, I_ст =(0.005-
   0,017 А), среднее значение 0,011 А.
   
2. 
   Расчет резистора
   

U_Rб = U_BЫХ – U_Cт = 12 – 7,5 = 4,5 В

Зная падение напряжения и номинальный ток стабилизации стабилитрона, по закону Ома определяем сопротивление резистора:

R_б = U_Rб/ I_ст = 6,4/ 0,029= 409

Ближайшее значение сопротивления резистора по номинальному ряду – 430 Ом.

Мощность резистора находим из условия

Р_Rб = U_Rб * I_ст * 2 = 4,5 * 0,011* 2 = 0,1Вт.

Ближайшее значение мощности по номинальному ряду – 0,125 Вт. Таким образом, параметры R_б – 430 Ом на 0,125 Вт.

3. 
   Определим токи стабилизации стабилитрона при изменении напряжения в пределах регулировки стабилизатора. Для того, чтоб обеспечить 12 В на выходе с учетом разброса параметров элементов требуется иметь возможность регулировки напряжения в пределах 20% получаем U_ВЫХ  9,6  14,4 В. Они должны не выходить за предельные токи стабилитрона, стоящего в мостовой измерительной цепи.
   а) Определим минимальный ток при выходном напряжении 9,6 В
   I_{СТ min}=(U_MIN-U_CT)/R_Б=(9,6-7,5 )/430=0,005А  I_MIN=0,0005A стабилитрона.
   б) Определим максимальный ток стабилитрона при максимальном выходном напряжении 14,4 В. I_{СТ max}=(U_MIN-U_CT)/R_Б=(14,4-7,5)/430=0,016А  I_MАХ=0,017A стабилитрона.
   Диапазон выбранных напряжений не выходит за предельные значения тока стабилизации и находится на уровне средних значений.
   в) В связи с тем, что ток через стабилитрон изменился, следует проверить, достаточна ли его мощность для работы в таком режиме:
   Р_Rб = R_б*I²_CT.MAX*2 = 430 * 0,011² * 2 = 0,1 Вт. В данном случае видим, что мощности для работы в изменившихся условиях достаточно.
   
4. 
   Рассчитаем делитель R₄,R₅,R₆:
   На стабилитроне КС175Ж падает – 7,5 вольт. Параметры режима транзистора VT4 определяют для "рабочей точки", при котором напряжение U_ЭБ = 0,65 В для кремневого транзистора проводимости n-p-n. Следовательно, что на базе должно быть всегда напряжение относительно корпуса стабилизатора
   U_Б=U_CТ+U_БЭ= 7,5 + 0,65 = 8,15 В. База соединена с выводом контактного движка регулировочного резистора R2, значит, что напряжение 8,15 В всегда должно быть в данной точке цепи.
   Исходя из этого, можно составить и решить, систему уравнений с тремя неизвестными.
   Для упрощения в делают расчеты для двух крайних случаев:
   При максимальном напряжении стабилизации U_вых.max = 14,4 вольт, вывод движка находится в нижнем по схеме положении, ток стабилизации I_ст.max = 0,016 A, а ток делителя R₄,R₅,R₆ принимают в 10 раз меньше (учитывается коэффициент усиления транзистора по току, который для маломощных транзисторов не может быть менее 10): I_цепи = 0,0016 А , следовательно:
   R₆=U_Б/I_ЦЕПИ=  8,15/0,0016 = 5094 Ом;
   R₄ + R₅ = (U_вых.max - U_R6) / I_цепи = (14,4 – 8,15)/0,0016=3906 Ом.
   

Суммарное сопротивление R_СУМ= R₄ + R₅ + R₆ = 5094 + 3906 = 9000 Ом
При минимальном напряжении стабилизации U_вых.min = 9,6 В, вывод движка находится в верхнем положении и ток делителя будет:
I_цепи = U_вых.min / (R₄ + R₅ + R₆) = 9,6/9000 = 0,001 А определим значение R₄
R₄ = (U_вых.min – U_Б) / I_цепи = (9,6–8,15)/0,001 = 1450 Ом, отсюда значение R2 определяем как R₅ = R_СУМ-R₄-R₆=9000–1450-5094= 2456 Ом, выбираем значения резисторов из значений номинального ряда: R₄ = 1,3 кОм, R₅ = 2,7 кОм
(переменный), R₆ = 5,1 кОм
Мощности резисторов следует выбрать аналогично пункту 3,в)
P_R4=I²_MAX*R₄=0,001²х1300=0,0013 Вт выбираем 0,125 Вт

P_R5=I²_MAX*R₅=0,001²х2700=0,0027 Вт выбираем 0,125 Вт

P_R6=I²_MAX*R₆=0,001²х5100=0,0051 Вт выбираем 0,125 Вт

5. 
   Расчет второго источника опорного напряжения и смещения VT5.
   Напряжение стабилизации VT5 должно обеспечивать рабочий режим выходных транзисторов не менее чем U_БЭ для одного силового транзистора или суммарное напряжение для составного. Учитывая что U_БЭ мощных транзисторов может иметь значение до 1,2 В следует выбирать U_CT=U_{ВЫХ.МАХ}+nU_БЭ, где n – число транзисторов в каскаде составного транзистора (в данном случае n=2) U_CT=14,4+1,2x2=16,8 В.
   В качестве стабилитрона выбираем КС218Ж, у которого Uст = 18 В, Iст = (0,00050,007)А среднее значение IСТ=0,00375 мА. При выборе рабочих параметров этой схемы выяснилось, что напряжение 16 В трансформатора
   недостаточно и его следует увеличить на 1520% больше опорного напряжения. При выборе напряжения трансформатора его надо задать следующим: U_ТР=U_CT*1,2=18*1,2=21,6 В
   Определим Rсм. Выходное напряжение трансформатора после выпрямления и сглаживания фильтром = 19 вольт, тогда Rсм = (Uтр. - Uст) / Iст = (21,6 – 18) / 0,00375А = 960 Ом.
   Мощность резистора Р_Rсм = U_Rсм * Iст = 3,6 *0,00375 = 0,0135 Вт, ближайшая из номинального ряда - 0,125 Вт
   Для стабильной работы цепи опорного напряжения Rсм VD4, необходимо, чтобы Rк не оказывал на эту цепь шунтирующего действия. Поэтому ток Rк должен быть как минимум в 2 раза меньше тока стабилитрона. Кроме того, на нём падает разность между входным и выходным напряжением:
   U_Rк = U_тр. - U_вых. = 21,6 – 9,6 = 12 В, отсюда: R_к = U_Rк / (I_ст/2) = 12 /(0,00375/2) = 6400 Ом. Выбираем 6,8 кОм
   Мощность Р_Rк = U_Rк * (I_ст / 2) = 12 *(0,00375/2) = 0,0225 Вт, ближайший 0,125 Вт.
   
6. 
   Выбор транзисторов. В качестве VT4 следует выбирать маломощный транзистор типа КТ315Б. Он удовлетворяет
   требованиям:
   -достаточно высокий коэффициент усиления (передачи) h21Э = 50;
   -допустимое напряжение коллектор-эмиттер – 20 вольт.
   -ток коллектора 0,1 А.
   В качестве VT5 желательно использовать транзистор средней мощности типа КТ815Б с параметрами:
   -коэффициент передачи h21Э = 40
   -напряжение коллектор – эмиттер 40 В;
   -ток коллектора до 1,5 А.
   Он обеспечит усиление тока коллектора VT1 в 40 раз;
   В качестве VT6 требуется выбрать транзистор с номинальным током коллектора не ниже максимального тока стабилизатора 2,5А с запасом как минимум 50%.
   

Транзистор КТ817Г с параметрами:
-коэффициент передачи h21Э = 25;
-напряжение коллектор-эмиттер 45В;
-ток коллектора до 3А;
-допустимая мощность до 45 ВА..
Для выравнивания токов и мощностей на транзисторах придётся использовать два резистора в цепях эмиттеров выходных транзисторов сопротивлением 0,051 Ом с мощностью по 2 Вт.
Следует проверить мощность, рассеиваемую на n-p-n переходе силового транзистора: P_MAX=(U_MAX*I_MAX)/2=((U_TP-U_CT.MIN)*I_MAX)/2=((21,6-9,6)*2,5)/2=15 ВА на каждом из двух выходных транзисторов

7. 
   Расчет резистора смещения Rэ.
   

Rэ = (U_БЭ/I_MAX)*h21Э=(0,65 /2)*25= 16,25 Ом

8. 
   Выбор конденсаторов в цепи выпрямителя:
   

На 1 ампер нагрузки следует использовать конденсатор емкостью 1000…2200 мкФ. На 2 А следует брать конденсатор с емкостью 2000…4400 мкФ. Из номинального списка подходит К50-16 4400 мкФ. Емкости конденсаторов примем как: С₁=2000 мкФ, С₂=1000 мкФ, С₃= 4400 мкФ.

9. 
   Расчет выпрямительных диодов:
   

Ток нагрузки 2 А, следовательно ток диода в 2 раза меньше и равен 1 А. Выпрямленное напряжение 12 В, следовательно обратное напряжение в 1,41 раза больше и равно 16,9 В. Тогда выбираем диод Д305.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы были изучены понятия и принципы работы элементов схемы стабилизированного блока питания.

Также на основании методических рекомендаций и полученной информации были проведены расчеты и изображен стабилизированный блоки питания на два напряжения.

Для наглядности полученного блока питания под заданные напряжения была построена схема на базе выбранных элементов и представлена в «Приложении».

Список литературы

1. 
   Браун М. Источники питания. Расчет и конструирование.- К: «МК-Пресс», 2005.
   
2. 
   Л. А. Краус, Г. В. Гейман, М. М. Лапиров-Скобло, В. И. Тихонов Проектирование  стабилизированных источников электропитания радиоэлектронной аппаратуры.– М.: Энергия, 1980.
   
3. 
   Найвельт Г.С. и др. Источники электропитания радиоэлектронной
   аппаратуры. - М.: Радио и связь,1985.
   
4. 
   Костиков В.Г. и др. Источники электропитания электронных средств.
   Схемотехника и конструирование. - М.: Горячая линия – Телеком, 2001.
   
5. 
   Справочник. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. / Березин О. К., Костиков В. Г., Шахнов В. А., 2000 г., “Три Л”, 2000 г.
   
6. 
   Источники электропитания радиоэлектронной аппратуры: Справочник/Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов и др.; Под ред.  Г.С. Найвельта.– М.: Радио и связь, 1985.
   
7. 
   https://www.radioelementy.ru
   
8. 
   https://electroinfo.net
   
9. 
   ГОСТ 2.721-74 «Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения»
   
10. 
    ГОСТ Р 52907-2008 «Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Термины и определения»
    
11. 
    ГОСТ 24238-84 «РЕЗИСТОРЫ ПОСТОЯННЫЕ. Общие технические условия»
    

Приложения

(Распечатка схемы на А3)


Элементная база

Обозначение	Наименование	Кол.	Примечание
Конденсаторы
С1	2000мкФ ±20% ГОСТ 10783-71	1
С2	1000мкФ ±20% ГОСТ 10783-71	1
С3	2200мкФ ±20% ГОСТ 10783-71	1
С4	2000мкФ ±20% ГОСТ 10783-71	1
С5	1000мкФ ±20% ГОСТ 10783-71	1
С6	4400мкФ ±20% ГОСТ 10783-71	1
Резисторы МЛТ ГОСТ 24238-84
R1	МЛТ 1,3 кОм ± 10%	1
R2	МЛТ 0,82 кОм ± 10%	1
R3	МЛТ 1,6 кОм ± 10%	1
R4	МЛТ 1,3 кОм ± 10%	1
R5	МЛТ 2,7 кОм ± 10%	1
R6	МЛТ 5,1 кОм ± 10%	1
Rк1	МЛТ 3,6 кОм ± 10%	1
Rк2	МЛТ 6,8 кОм ± 10%	1
Rэ1	МЛТ 0,0225 кОм ± 10%	1
Rэ2	МЛТ 0,01625 кОм ± 10%	1
Rсм1	МЛТ 0,59 кОм ± 10%	1
Rсм2	МЛТ 0,96 кОм ± 10%	1
Rб1	МЛТ 2,2 кОм ± 10%	1
Rб2	МЛТ 0,43 кОм ± 10%	1
Диоды
VD1-8	Диод Д305	8
Стабилитроны
VD1	Кремниевый стабилитрон КС212Ж	1
VD2	Кремниевый стабилитрон КС222Ж	1
VD3	Кремниевый стабилитрон КС175Ж	1
VD4	Кремниевый стабилитрон КС218Ж	1
Транзисторы
VT1	Маломощный транзистор КТ361В	1
VT2	Транзистор средней мощности КТ815Б	1
VT3	Транзистор большой мощности КТ816Б	1
VT4	Маломощный транзистор КТ315Б	1
VT5	Транзистор средней мощности КТ815Б	1
VT6	Транзистор большой мощности КТ817Г	1