整流與濾波電路的仿真實現(xiàn)

吳文娟

(南京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院 應(yīng)用物理系，江蘇 南京 210037)

生活中經(jīng)常需要使用穩(wěn)壓直流電源，在大學(xué)物理實驗中開設(shè)的整流與濾波實驗[1]，通過設(shè)計整流和濾波電路，可以把交流電轉(zhuǎn)成穩(wěn)定的直流電。該實驗需將220 V市用交流電通過變壓器變成安全電壓以下。實物變壓器的初級和次級線圈的變比是一定的，無法實現(xiàn)變壓器的輸出值的改變，且實驗中各元器件參數(shù)是固定的，不方便隨時更換，同時在強電實驗中，由于接線或操作不當，會引起不必要的安全事故。而基于Multisim的電路仿真已經(jīng)成為一種常見的電路研究方法[2-4]，為此，本文設(shè)計基于Multisim整流與濾波實驗的仿真電路，并進一步研究參數(shù)改變對濾波效果的影響。

1 全波橋式整流電路

整流的作用就是把方向周期性變化的交流電轉(zhuǎn)成方向不變的直流電，可利用二極管的單向?qū)ㄐ詠韺崿F(xiàn)。整流電路一般包括半波整流電路和全波橋式整流電路。在實際直流穩(wěn)壓電源設(shè)計中，通常采用全波橋式整流電路。本文以全波橋式電路為例，分析整流和濾波特性，其電路仿真圖如圖1所示。

圖1 全波橋式整流電路圖

2 全波橋式電容濾波電路

經(jīng)過整流后的電壓為脈沖直流電，波形如圖2所示。為減小電壓脈動，需通過低通濾波電路濾波，得到平滑的輸出電壓。常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波[5-8]等。選用電容濾波，電路如圖3所示。電容濾波器是利用電容充、放電特性將脈動直流電變成平穩(wěn)的直流電。

圖2 輸出脈動電壓波形圖

圖3 全波橋式整流電容濾波電路圖

(a) C1=1 uF,U2=11.04 V,U0=13.40 V

3 結(jié) 語

設(shè)計了全波橋式整流仿真電路，整流后輸出電壓為脈動電壓，仿真電路中測試輸出直流電壓為8.795 V，而理論計算值為9.855 V，造成仿真結(jié)果和理論計算結(jié)果不穩(wěn)合的原因是模型選擇的不同。理論計算用的是二極管的理想模型，而仿真電路中用的是二極管的恒壓降模型。在濾波電路中，增大濾波電容的容值，輸出電壓波形趨于平緩，輸出電壓數(shù)值增大。當電容充放電時間常數(shù)τd=R1C1大于1秒時，輸出電壓達到最大值。利用Multisim的整流濾波仿真電路，可以快捷改變電路的參數(shù)，觀察電路的波形與數(shù)值，使學(xué)生更全面的了解整流濾波電路的特點和結(jié)果。