Multisim在直流稳压电源仿真与分析中的应用

梁丽

摘 要 阐述Multisim在直流稳压电源仿真与分析中的应用，对直流稳压电源的结构、工作原理及其性能有较全面的理解。

关键词 Multisim仿真；直流稳压电源；电路分析

中图分类号：TP391.9 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）16-0041-02

1 前言

在电子设备和自动控制装置中，一般都需要稳定的直流电源供电。除少数情况下可利用化学电池或直流发电机作为直流电源外，大多数情况下广泛采用把交流电变换为直流电的半导体直流电源。Multisim是一个全开放性的仿真实验平台，可对电路进行全面的仿真分析和设计。下面以直流稳压电源为例，阐述采用Multisim对电路进行实验仿真的过程[1]。

2 直流稳压电源组成

直流稳压电源通常由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。电源变压器是将电网提供的交流电压变换为符合整流电路需要的交流电压；整流电路是将变压器副边的交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路是滤除脉动直流电压中的交流分量，得到平滑的直流电压；稳压电路是当电网电压波动或负载变化时，保持输出直流电压稳定。

3 整流滤波电路

在图1所示电路中，u1为信号源，T1为变比10：1的电源变压器，D1为由四个二极管构成的整流桥，C1为滤波电容，RL为负载电阻。开关J1打开时，为桥式全波整流电路；开关J1闭合时，为电容滤波电路。

桥式全波整流电路 整流电路利用二极管的单向导电性将交流电转换成脉动直流电。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波和桥式整流等。在桥式整流电路中，设变压器副边电压有效值为U2，则输出电压平均值Uo=0.9U2。

打开开关J1，信号源设定为峰值254.82 V、频率50 Hz的正弦波。打开仿真开关，由电压表测量整流电路输入电压有效值U2、输出电压平均值Uo，由示波器观测整流电路输入、输出波形。在图1中，由交流电压表测出U2=18 V，由直流电压表测出Uo=14.907 V。由图2所示的示波器仿真结果可知，通过二极管整流，负载上得到全波的单向脉动电压。为了滤掉其中的交流成分，可以在整流电路和负载之间加入滤波电路。

电容滤波电路 电容滤波电路利用储能元件电容两端的电压不能突变的特性，将C1与RL并联，滤掉整流电路输出电压中的交流成分，保留其直流成分，达到平滑输出电压波形的目的。RL 未接入时，Uo≈1.4U2。RL 接入时，当u2uC时，对C1充电。RLC越大，Uo 越大，当RLC=（3～5）T/2时，Uo≈1.2U2，T为电网电压周期。

闭合开关J1，打开仿真开关，由电压表测量整流电路输入电压有效值U2、滤波电路输出电压平均值Uo，由示波器观测整流滤波电路输入、输出波形。由交流电压表测出U2=18 V，由直流电压表测出Uo=22.805 V。由图3所示的示波器仿真结果可知，通过二极管整流、电容滤波，负载上得到全波平滑的直流电压。

执行Simulate/Analysis/Parameter Sweep菜单命令，设置分析参数，观测整流滤波电路的负载特性。在图4所示的参数扫描分析结果中，自下而上的五条曲线分别对应RL为39 ?、62 ?、150 ?、300 ?、1 k?的取值。可以看出，RLC越大，放电速度越慢，Uo越大，脉动越小，曲线越平滑。为了克服电网电压波动或负载变化时对输出波形的影响，可以在滤波电路和负载之间加入稳压电路。

4 集成稳压电路

三端可调稳压电路如图5所示。LM117为可调输出电压三端集成稳压器，当电网电压波动或负载电阻发生变化时，它能自动调节，使输出电压稳定；D2、D3为保护二极管；Ci可抵消电路的电感效应和防止自激振荡，Co可减小输出电压中的纹波电压；电阻R1和电位器RP构成取样电阻，输出電压Uo=1.25（1+RP/R1）V，调节RP可改变输出电压的大小。

闭合开关J1，打开仿真开关，由电压表测量整流电路输入电压有效值U2、滤波电路输出电压平均值Ui和稳压电路输出电压平均值Uo，由示波器观测稳压电路输入、输出波形。由电压表读数可知：当RP=0 ?时，U2=18 V，Ui=23.998 V，Uo=1.274 V；当RP=3.3 k?时，U2=18 V，Ui=22.982 V，Uo=18.930 V，Uo的变化范围为1.2～19 V。由图6所示示波器仿真结果可知，滤波后的输出波形含有较大的纹波分量，经稳压电路稳压后，输出波形几乎为一条平滑的直线。

5 结语

运用Multisim仿真软件可建立各种设计电路，能准确地对电路性能进行仿真分析，根据仿真结果判断设计的电路能否达到预期目标，从而提高分析与设计电子电路的能力。

参考文献

[1]于卫.模拟电子技术综合实训教程[M].武汉：华中科技大学出版社，2013.