Multisim在直流穩(wěn)壓電源仿真與分析中的應(yīng)用

梁麗

摘 要 闡述Multisim在直流穩(wěn)壓電源仿真與分析中的應(yīng)用，對(duì)直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)、工作原理及其性能有較全面的理解。

關(guān)鍵詞 Multisim仿真；直流穩(wěn)壓電源；電路分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）16-0041-02

1 前言

在電子設(shè)備和自動(dòng)控制裝置中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。除少數(shù)情況下可利用化學(xué)電池或直流發(fā)電機(jī)作為直流電源外，大多數(shù)情況下廣泛采用把交流電變換為直流電的半導(dǎo)體直流電源。Multisim是一個(gè)全開(kāi)放性的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可對(duì)電路進(jìn)行全面的仿真分析和設(shè)計(jì)。下面以直流穩(wěn)壓電源為例，闡述采用Multisim對(duì)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真的過(guò)程[1]。

2 直流穩(wěn)壓電源組成

直流穩(wěn)壓電源通常由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。電源變壓器是將電網(wǎng)提供的交流電壓變換為符合整流電路需要的交流電壓；整流電路是將變壓器副邊的交流電壓變換為單向脈動(dòng)的直流電壓；濾波電路是濾除脈動(dòng)直流電壓中的交流分量，得到平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，保持輸出直流電壓穩(wěn)定。

3 整流濾波電路

在圖1所示電路中，u1為信號(hào)源，T1為變比10：1的電源變壓器，D1為由四個(gè)二極管構(gòu)成的整流橋，C1為濾波電容，RL為負(fù)載電阻。開(kāi)關(guān)J1打開(kāi)時(shí)，為橋式全波整流電路；開(kāi)關(guān)J1閉合時(shí)，為電容濾波電路。

橋式全波整流電路 整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娹D(zhuǎn)換成脈動(dòng)直流電。常見(jiàn)的小功率整流電路，有單相半波、全波和橋式整流等。在橋式整流電路中，設(shè)變壓器副邊電壓有效值為U2，則輸出電壓平均值Uo=0.9U2。

打開(kāi)開(kāi)關(guān)J1，信號(hào)源設(shè)定為峰值254.82 V、頻率50 Hz的正弦波。打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，由電壓表測(cè)量整流電路輸入電壓有效值U2、輸出電壓平均值Uo，由示波器觀測(cè)整流電路輸入、輸出波形。在圖1中，由交流電壓表測(cè)出U2=18 V，由直流電壓表測(cè)出Uo=14.907 V。由圖2所示的示波器仿真結(jié)果可知，通過(guò)二極管整流，負(fù)載上得到全波的單向脈動(dòng)電壓。為了濾掉其中的交流成分，可以在整流電路和負(fù)載之間加入濾波電路。

電容濾波電路 電容濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓不能突變的特性，將C1與RL并聯(lián)，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成分，保留其直流成分，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。RL 未接入時(shí)，Uo≈1.4U2。RL 接入時(shí)，當(dāng)u2uC時(shí)，對(duì)C1充電。RLC越大，Uo 越大，當(dāng)RLC=（3～5）T/2時(shí)，Uo≈1.2U2，T為電網(wǎng)電壓周期。

閉合開(kāi)關(guān)J1，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，由電壓表測(cè)量整流電路輸入電壓有效值U2、濾波電路輸出電壓平均值Uo，由示波器觀測(cè)整流濾波電路輸入、輸出波形。由交流電壓表測(cè)出U2=18 V，由直流電壓表測(cè)出Uo=22.805 V。由圖3所示的示波器仿真結(jié)果可知，通過(guò)二極管整流、電容濾波，負(fù)載上得到全波平滑的直流電壓。

執(zhí)行Simulate/Analysis/Parameter Sweep菜單命令，設(shè)置分析參數(shù)，觀測(cè)整流濾波電路的負(fù)載特性。在圖4所示的參數(shù)掃描分析結(jié)果中，自下而上的五條曲線分別對(duì)應(yīng)RL為39 ?、62 ?、150 ?、300 ?、1 k?的取值?？梢钥闯?，RLC越大，放電速度越慢，Uo越大，脈動(dòng)越小，曲線越平滑。為了克服電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)對(duì)輸出波形的影響，可以在濾波電路和負(fù)載之間加入穩(wěn)壓電路。

4 集成穩(wěn)壓電路

三端可調(diào)穩(wěn)壓電路如圖5所示。LM117為可調(diào)輸出電壓三端集成穩(wěn)壓器，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí)，它能自動(dòng)調(diào)節(jié)，使輸出電壓穩(wěn)定；D2、D3為保護(hù)二極管；Ci可抵消電路的電感效應(yīng)和防止自激振蕩，Co可減小輸出電壓中的紋波電壓；電阻R1和電位器RP構(gòu)成取樣電阻，輸出電壓Uo=1.25（1+RP/R1）V，調(diào)節(jié)RP可改變輸出電壓的大小。

閉合開(kāi)關(guān)J1，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，由電壓表測(cè)量整流電路輸入電壓有效值U2、濾波電路輸出電壓平均值Ui和穩(wěn)壓電路輸出電壓平均值Uo，由示波器觀測(cè)穩(wěn)壓電路輸入、輸出波形。由電壓表讀數(shù)可知：當(dāng)RP=0 ?時(shí)，U2=18 V，Ui=23.998 V，Uo=1.274 V；當(dāng)RP=3.3 k?時(shí)，U2=18 V，Ui=22.982 V，Uo=18.930 V，Uo的變化范圍為1.2～19 V。由圖6所示示波器仿真結(jié)果可知，濾波后的輸出波形含有較大的紋波分量，經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后，輸出波形幾乎為一條平滑的直線。

5 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用Multisim仿真軟件可建立各種設(shè)計(jì)電路，能準(zhǔn)確地對(duì)電路性能進(jìn)行仿真分析，根據(jù)仿真結(jié)果判斷設(shè)計(jì)的電路能否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，從而提高分析與設(shè)計(jì)電子電路的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]于衛(wèi).模擬電子技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)教程[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2013.