基于串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路的Multisim應(yīng)用于電路設(shè)計(jì)分析研究

李月蘭

摘 要：本文采用Multisim軟件對(duì)串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路進(jìn)行分析，仿真軟件的引入，能夠快捷方便的搭建電路，預(yù)測(cè)電路的結(jié)果；大大縮減理論知識(shí)的教學(xué)時(shí)間，較短的時(shí)間將理論融會(huì)貫通，提高學(xué)生對(duì)電路工作原理的認(rèn)識(shí)與理解的能力；使整各教學(xué)環(huán)節(jié)有一個(gè)完整的工作過(guò)程，即設(shè)計(jì)— 焊接— 組裝— 調(diào)試的過(guò)程，更加完善工了學(xué)結(jié)合課程模式，為電路的改造和設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，為學(xué)生將來(lái)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：Multisim 直流穩(wěn)壓電源

中圖分類(lèi)號(hào)：G719.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（a）-0181-04

Study of Circuit Design with Multisim Based on the Series

DC Regulated Power Supply

Li Yuelan

（Ningxia Vocational Technical College of Industry and Commerce，Yinchuan Ningxia，750001，China）

Abstract：This article is to analyse the series DC regulated power supply with multisim，there are lot of advantages with multisim，The first，quick and easy to build the circuit；The second，it can make theory touch with practice and make students improved comprehension greatly to theory.The third， it can make teaching steps be had the working process of the complete，the same to say， designing—welding—assembling—debugging，it is important basis for students to design circuit.

Key Words：Multisim；Series DC Regulated Power Supply

本文撰寫(xiě)的背景是，《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》是《電子技術(shù)》這門(mén)課程在工學(xué)結(jié)合課程模式下所產(chǎn)生的一門(mén)新課程，在新模式下所產(chǎn)生的《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程與以往的《電子技術(shù)》課程相比優(yōu)點(diǎn)在于：瓦解以前學(xué)科式章節(jié)模式，重新組合教學(xué)內(nèi)容，使得教學(xué)內(nèi)容以工作過(guò)程為導(dǎo)向，項(xiàng)目為載體；整個(gè)課程內(nèi)容重點(diǎn)體現(xiàn)能力訓(xùn)練、工作經(jīng)歷相結(jié)合的教育模式；注重角色的變化，體現(xiàn)了學(xué)生為主體，教師為指導(dǎo)的角色扮演。高等職業(yè)教育開(kāi)設(shè)《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)該具備改造、設(shè)計(jì)電路；焊接、組裝電子產(chǎn)品；調(diào)試、維護(hù)產(chǎn)品的能力?，F(xiàn)如今《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程內(nèi)容設(shè)計(jì)和組織課堂過(guò)程發(fā)現(xiàn)，這門(mén)專(zhuān)業(yè)核心課程整個(gè)內(nèi)容注重學(xué)生組裝與調(diào)試能力突出，而改造、設(shè)計(jì)電路能力欠缺，甚至沒(méi)有。對(duì)于大專(zhuān)層次的學(xué)生，如果改造、設(shè)計(jì)電路能力不加重視，從而培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生與中專(zhuān)層次的學(xué)生就沒(méi)有了區(qū)別。為此，在《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程中采用Multisim軟件，對(duì)每一電子產(chǎn)品原理圖的仿真分析可以提高學(xué)生對(duì)電路原理的理解，開(kāi)拓學(xué)生電路設(shè)計(jì)的思路及其培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的能力。

1 Multisim簡(jiǎn)介

Multisim源于加拿大后期被美國(guó)NI公司（美國(guó)國(guó)家儀器公司）收購(gòu)，其具有數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，虛擬測(cè)試儀器儀表種類(lèi)齊全，可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)與試驗(yàn)方法比較，具有設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計(jì)邊實(shí)驗(yàn)，修改調(diào)試方便；實(shí)驗(yàn)中不消耗實(shí)際元器件，實(shí)驗(yàn)成本低，實(shí)驗(yàn)速度快，效率高，設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用等特點(diǎn)。其解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一老大難問(wèn)題，并很好的將設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)展現(xiàn)在教學(xué)中。

2 串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路整體設(shè)計(jì)分析

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為基礎(chǔ)，利用晶體管的電路放大作用，增加負(fù)載電流；在電路中引入電壓負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定；并且通過(guò)改變的反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。本文以具有放大環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路為例進(jìn)行分析，如圖1所示。

2.1 穩(wěn)壓設(shè)計(jì)原理

當(dāng)由于某種原因（如電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電阻的變化等）使輸出電壓U0升高（降低）時(shí)，取樣電路將這一變化趨勢(shì)送到集成運(yùn)放的反向輸入端，并與同相輸入端電位UZ進(jìn)行比較放大；集成運(yùn)放的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低（升高）；因?yàn)殡娐凡捎玫纳錁O輸出形式，所以輸出電壓UO必然降低（升高），從而使UO得到穩(wěn)定。

2.2 輸出電壓的可調(diào)范圍

在理想運(yùn)放條件下，凈輸入電壓為零，即，則電位器滑到最上端時(shí)，輸出電壓最小，為：

，則電位器滑到最下端時(shí)，輸出電壓最大，為：

2.3 調(diào)整管的選擇

根據(jù)電路中元件選擇，變壓器二次側(cè)電壓有效值39.239 V，橋式整流及電容濾波電路得到V。調(diào)整管一般為大功率管，因而選用原則與功率放大電路中的功放管相同，主要考慮其極限參數(shù)，

，

。

3 串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路模塊設(shè)計(jì)分析

串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路如圖1所示，電路主要由整流濾波模塊，同相比例運(yùn)算電路模塊，電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路模塊，射極輸出器模塊組成。

3.1 橋式整流電容濾波電路

橋式整流電路工作原理如圖2所示，設(shè)變壓器二次側(cè)電壓為當(dāng)為正半周時(shí)，電流由2點(diǎn)流出經(jīng)1點(diǎn)到R1，再經(jīng)4點(diǎn)到達(dá)3點(diǎn)，負(fù)載R1上的電壓當(dāng)為負(fù)半周時(shí)，電流由3點(diǎn)流出經(jīng)1點(diǎn)到R1，再經(jīng)4點(diǎn)到達(dá)2點(diǎn)，負(fù)載R1的電壓。輸出電壓的平均值為。

橋式整流電容濾波電路工作原理如圖3所示，當(dāng)二次側(cè)電壓處于正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓時(shí)，電流一路經(jīng)負(fù)載R1，另一路對(duì)電容C充電，理想情況下，當(dāng)上升到峰值后開(kāi)始下降，電容通過(guò)負(fù)載R1放電，其電壓開(kāi)始下降，趨勢(shì)與基本相同，但由于電容按指數(shù)規(guī)律放電，所以當(dāng)下降到一定數(shù)值后，的下降速度小于，使得大于，從而導(dǎo)致二極管截止，電容C繼續(xù)通過(guò)R1放電，按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當(dāng)?shù)呢?fù)半周與以上原理相同。由圖3中波形圖可以看出，經(jīng)濾波后的輸出電壓不僅變得平滑，而且平均值也得到提高。為了獲得較好的濾波效果，在實(shí)際電路中，應(yīng)選擇濾波電容的容量滿(mǎn)足的條件，此時(shí)電容的耐壓值應(yīng)大于。

3.2 同相比例運(yùn)算電路

同相比例運(yùn)算電路工作原理如圖4所示，左圖中根據(jù)理想集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，滿(mǎn)足“虛短”和“虛斷”的概念，

，

右圖中，由基本原理可推到出

3.3 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路

同相比例運(yùn)算電路和電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路是一體，但此電路承擔(dān)兩種功能，工作原理如圖4所示，左圖中由于R1是輸入端與輸出端的連接元件，所以R1是反饋網(wǎng)絡(luò)。其是從輸出電壓取樣，通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)得到反饋電壓，然后與輸入電壓相比較，求得差值作為凈輸入電壓進(jìn)行放大，故此反饋類(lèi)型是電壓串聯(lián)負(fù)反饋。由可得此反饋類(lèi)型僅僅決定于，而與負(fù)載電阻無(wú)關(guān)，因此，可以將電路的輸出看成為電壓控制的電壓源，且輸出電阻為零。右圖中電阻是反饋電阻并且類(lèi)型是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，由：

可得是控制的電壓源，穩(wěn)定輸出電壓。

3.4 射極輸出器電路

共集電極放大電路工作原理如圖5所示，共集電極放大電路是從發(fā)射極輸出的，所以簡(jiǎn)稱(chēng)射極輸出器，此電路的電壓放大倍數(shù)。

因此，小于1但近似等于1，即略小于，電路沒(méi)有電壓放大作用，此外，跟隨變化，故電路又稱(chēng)為射極跟隨器。

3.5 采樣-電壓比較-穩(wěn)壓-放大電路

采樣-電壓比較-穩(wěn)壓-放大模塊也就是以上同相比例運(yùn)算電路構(gòu)成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路、射極輸出器電路綜合體模塊。主要采用集成運(yùn)放構(gòu)成了深度電壓負(fù)反饋，輸出電阻趨近于零，因而輸出電壓相當(dāng)穩(wěn)定。輸出電壓如圖6所示，輸出電壓通過(guò)三極管構(gòu)成的射極輸出器將其穩(wěn)定，其穩(wěn)壓電源可通過(guò)電阻R3調(diào)節(jié)其輸出電壓范圍，最大約為30 V，最小10 V。

4 結(jié)語(yǔ)

由上述仿真結(jié)果可知，先是具有放大環(huán)節(jié)的可調(diào)穩(wěn)壓電源電路整體設(shè)計(jì)思路作以分析，然后對(duì)電路的每一模塊進(jìn)行詳細(xì)的分析，電路的元器件其取值都將影響穩(wěn)壓電源性能，從變壓、整流、濾波、電壓比較、穩(wěn)壓到最終輸出電壓的可調(diào)，體現(xiàn)了電路整個(gè)設(shè)計(jì)思想和工作原理，結(jié)論與理論相一致。

現(xiàn)如今各高職院校在教學(xué)中，仿真軟件應(yīng)用有兩種形式：Multisim以一門(mén)單獨(dú)EDA即電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)課程展開(kāi)教學(xué)；《電子技術(shù)》課程在實(shí)驗(yàn)部分有所應(yīng)用，（教材中以獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)編寫(xiě)，但真正很少實(shí)現(xiàn)）。問(wèn)題所在：軟件和實(shí)體沒(méi)有有效的結(jié)合起來(lái)，理論中電路原理教學(xué)沒(méi)有應(yīng)用到仿真軟件，不能快速有效提高學(xué)生理解能力；Multisim實(shí)驗(yàn)教學(xué)形同虛設(shè)，在理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中由于軟件的配備、時(shí)間的分配等問(wèn)題的存在不能夠?qū)崿F(xiàn)仿真教學(xué)；《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》作為一門(mén)基于工學(xué)結(jié)合的課程，現(xiàn)還是試探和完善階段，Multisim的應(yīng)用還是個(gè)空白。

如果在教學(xué)中采用Multisim軟件，如以上串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路的分析過(guò)程，可以解決以上的問(wèn)題。仿真軟件Multisim的引入，能夠快捷方便的搭建電路，預(yù)測(cè)電路的結(jié)果；大大縮減理論知識(shí)的教學(xué)時(shí)間，較短的時(shí)間將理論融會(huì)貫通，提高學(xué)生對(duì)電路工作原理的認(rèn)識(shí)與理解的能力；使整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)有一個(gè)完整的工作過(guò)程，即設(shè)計(jì)—焊接—組裝—調(diào)試的過(guò)程，更加完善工了學(xué)結(jié)合課程模式；為電路的改造和設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，為學(xué)生將來(lái)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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