Multisim在直流穩壓電源仿真與分析中的應用

梁麗

摘 要 闡述Multisim在直流穩壓電源仿真與分析中的應用，對直流穩壓電源的結構、工作原理及其性能有較全面的理解。

關鍵詞 Multisim仿真；直流穩壓電源；電路分析

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）16-0041-02

1 前言

在電子設備和自動控制裝置中，一般都需要穩定的直流電源供電。除少數情況下可利用化學電池或直流發電機作為直流電源外，大多數情況下廣泛采用把交流電變換為直流電的半導體直流電源。Multisim是一個全開放性的仿真實驗平臺，可對電路進行全面的仿真分析和設計。下面以直流穩壓電源為例，闡述采用Multisim對電路進行實驗仿真的過程[1]。

2 直流穩壓電源組成

直流穩壓電源通常由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四部分組成。電源變壓器是將電網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的直流電壓；濾波電路是濾除脈動直流電壓中的交流分量，得到平滑的直流電壓；穩壓電路是當電網電壓波動或負載變化時，保持輸出直流電壓穩定。

3 整流濾波電路

在圖1所示電路中，u1為信號源，T1為變比10：1的電源變壓器，D1為由四個二極管構成的整流橋，C1為濾波電容，RL為負載電阻。開關J1打開時，為橋式全波整流電路；開關J1閉合時，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導電性將交流電轉換成脈動直流電。常見的小功率整流電路，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。

打開開關J1，信號源設定為峰值254.82 V、頻率50 Hz的正弦波。打開仿真開關，由電壓表測量整流電路輸入電壓有效值U2、輸出電壓平均值Uo，由示波器觀測整流電路輸入、輸出波形。在圖1中，由交流電壓表測出U2=18 V，由直流電壓表測出Uo=14.907 V。由圖2所示的示波器仿真結果可知，通過二極管整流，負載上得到全波的單向脈動電壓。為了濾掉其中的交流成分，可以在整流電路和負載之間加入濾波電路。

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

閉合開關J1，打開仿真開關，由電壓表測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，由示波器觀測整流濾波電路輸入、輸出波形。由交流電壓表測出U2=18 V，由直流電壓表測出Uo=22.805 V。由圖3所示的示波器仿真結果可知，通過二極管整流、電容濾波，負載上得到全波平滑的直流電壓。

執行Simulate/Analysis/Parameter Sweep菜單命令，設置分析參數，觀測整流濾波電路的負載特性。在圖4所示的參數掃描分析結果中，自下而上的五條曲線分別對應RL為39 ?、62 ?、150 ?、300 ?、1 k?的取值。可以看出，RLC越大，放電速度越慢，Uo越大，脈動越小，曲線越平滑。為了克服電網電壓波動或負載變化時對輸出波形的影響，可以在濾波電路和負載之間加入穩壓電路。

4 集成穩壓電路

三端可調穩壓電路如圖5所示。LM117為可調輸出電壓三端集成穩壓器，當電網電壓波動或負載電阻發生變化時，它能自動調節，使輸出電壓穩定；D2、D3為保護二極管；Ci可抵消電路的電感效應和防止自激振蕩，Co可減小輸出電壓中的紋波電壓；電阻R1和電位器RP構成取樣電阻，輸出電壓Uo=1.25（1+RP/R1）V，調節RP可改變輸出電壓的大小。

閉合開關J1，打開仿真開關，由電壓表測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和穩壓電路輸出電壓平均值Uo，由示波器觀測穩壓電路輸入、輸出波形。由電壓表讀數可知：當RP=0 ?時，U2=18 V，Ui=23.998 V，Uo=1.274 V；當RP=3.3 k?時，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所示示波器仿真結果可知，濾波后的輸出波形含有較大的紋波分量，經穩壓電路穩壓后，輸出波形幾乎為一條平滑的直線。

5 結語

運用Multisim仿真軟件可建立各種設計電路，能準確地對電路性能進行仿真分析，根據仿真結果判斷設計的電路能否達到預期目標，從而提高分析與設計電子電路的能力。

參考文獻

[1]于衛.模擬電子技術綜合實訓教程[M].武漢：華中科技大學出版社，2013.