Multisim虚拟实验室在电类课程教学中的应用初探

2017-12-14

福建质量管理 2017年22期

关键词：稳压电源稳压滤波

(南昌理工学院电子与信息学院江西南昌 330013)

杨威耿健

(南昌理工学院电子与信息学院江西南昌330013)

本文简要介绍了EDA仿真软件Multisim的功能和特点，利用Multisim软件来构建虚拟实验室，通过计算机上进行硬件搭建和软件编程,弥补了硬件环境下实验教学的不足,改进了电子电路课程实验教学的教学质量。

电子电路;实验教学;虚拟实验室

一、Multisim10.0软件简介

Muhisim 10.0是美国国家仪器公司(NI)于2007年推出的，是目前最新版本的电子电路仿真软件，这也是交互式SPICE仿真和电路分析软件的最新版本，专用于原理图捕获、交互式仿真、电路板设计和集成测试。Muhisim 10.0是一个完整的设计工具系统，有庞大的元件数据库、完备的实验仪器库、完整的分析方法，界面易懂直观，操作容易。可对电工电子类专业的相关课程内容进行完整的仿真。并可在电路中设置短路、断路等多种故障，可以模拟电路运行时的实际状况。能提高学生学习效率和质量，并能减少学校实验经费的支出，从技术层面上提高教学质量。

二、虚拟实验室简介

电子电路虚拟仿真实验室是一个基于Web的远程虚拟实验室,学员可以不受地域、时间的限制,通过Internet利用浏览器在自己的计算机上学习掌握各种利用Multisim软件开发的电子仪器的工作原理及使用操作方法;并且可以按照实验管理系统的约定进行各种常规实验,还可自行拟定实验方案,进行各种仿真实验;实验报告可远程提交,教师可利用虚拟实验室提供的管理系统对学员及实验成绩进行管理。

三、可调数字稳压电源的设计项目教学应用举例

(一)可调数字稳压电源性能指标概述。可调数字稳压电源主要实现对于在接入市电的情况下，对于所输出的电压可以实现调整，具体性能指标如下：1)用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计。2)输出可调直流电压，范围1.2∽5V。3)输出电流IOm≥1500mA；(要有电流扩展功能)4)稳压系数Sr≤0.05；具有过流保护功能。

(二)系统实现原理图。稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如下图1所示，其整流与稳压过程的电压输出波形如图1所示。

图1 稳压电源的组成框图

电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大(即脉动大)。脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。具体电路见下图2所示。

图2 系统仿真示意图

(三)详细电路设计

1.降压电路

所谓的降压变电路就是把输入端的220V较高电压，转换为输出相对偏低的9V理想电压，从而达到降压的目的。其工作的基本原理利用单相双绕组变压器，当一次侧绕组上加上电压时，流过电流在铁芯中就产生交变磁通这些磁通称为主磁通，主磁通会穿过，一次，二次绕组，绕组内会产生感应电动势，这时如果二次侧接入负载，便会有电流流出，产生电能。

在图2中，1、2、3为模拟的市电交流电源，大小为220V，且工作频率为50HZ，右边先接上了一个保险丝，以防当市电发生变化的时候对于整个电路造成损毁，右边则为一个降压变压器，其降压匝数比为10:1。

2.整流电路

整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。

在上图2中桥式整流电路的工作原理如下：E2为正半周时，对D1、D3加正向电压，D1、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成E2、D1、输出端、D3通电回路，形成上正下负的半波整流电压，E2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。从图中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。

3.滤波电路

滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。图2中，通过C1、C2两个3.3mF的滤波电容并联来实现。

4.滤波电路

在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定的电路，在此使用LM117来实现，它是三端可调输出的线性稳压器集成电路。LM117的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。LM117的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。在图2中需要稳定的电压通过LM117进行稳压，而对于电压的调节则是通过5K的电位器来实现的，发光二极管是对于如果电压超过了导通电压就行发光提示。