基于Multisim的直流稳压电路仿真

张博文 林君

摘 要：本文分析了直流稳压电路中的整流滤波电路和稳压电路的组成。Multisim软件通过选择电路参数、纹波大小和输出波形，可用于对直流稳压电路进行仿真和分析。该软件可用于分析并设计不同需求的电源系统，降低设计的复杂度，提高电源利用率，进而缩短开发周期。

关键词：整流滤波电路;稳压电路;Multisim;仿真

中图分类号：TN86;TP391.9文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）05-0046-03

Abstract： This paper analyzed the DC voltage stabilizing circuit in the rectifier filter circuit and composition of the voltage stabilizing circuit. Multisim software can be used for simulation and analysis of DC voltage-stabilizing circuit， by selecting circuit parameters， ripple size and output waveform simulation and analysis. The software can be used to analyze and design power supply system with different requirements， reduce the complexity of design， improve power utilization and shorten the development cycle.

Keywords： rectifier filter circuit;voltage regulator circuit;Multisim;simulation

Multisim是一款仿真工具，具有極强的仿真分析能力。人们可以通过Multisim交互式搭建电路原理图并对电路进行仿真。在进行仿真电子实验创建电路时，需要的元器件及测试仪器均可直接从仪器栏中选取，仪器的设置使用和数据读取方法均与真实仪表相似[1]。实际工作中，可利用此软件进行电路仿真设计与虚拟实验，设计与实验可以同时进行且修改调试十分方便，可完成各种类型的电路实验，电路参数测试和分析也非常方便，降低了实验成本，提高了实验效率[2-3]。本文利用Multisim软件平台对直流稳压电源电路进行仿真，分析了不同电路参数对输出电压以及纹波大小的影响。

1 直流电源原理

直流稳压电路将220V生活用交流电转换为直流电。其结构经过交流电源、变压、整流、滤波、稳压再到负载。

直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。电源变压器提供适用于用电设备的AC电压;整流电路将交流电变为单相脉动直流电;滤波器将单相脉动直流电变为平稳的单相直流电;稳压电路用来克服由电网电压、负载及温度变化所引起的输出电压变化，以提高输出电压的稳定性。

2 整流滤波电路

在电子电路和自动控制装置中，通常需要一个非常稳定的直流电压，一般通过直流发电机来得到直流电或将交流电转换成直流电。由4只二极管构成的桥式整流电路将交流电转换成单向脉动的直流电压，然而，这种电压不能满足电子设备的要求，因而通常采取加接滤波器的方法来改善电压的脉动程度。以桥式整流滤波电路为例，Multisim仿真如图1所示。

变压前后电压分别为[U1]、[U2]，负载两端电压为[UO]。

当[C]=0时，整流电压平均值为：

当电容[C]充电到最大值时，如图1所示，二极管[D1]、[D3]将截止，电容器[C]将通过[R1]开始向外放电。

电容器的放电时间常数为：

由于[τ1]较大，放电比较缓慢，故当[|U2|>UC]时，二极管[D2]、[D4]导通，电容器[C]又开始充电直到达到其最大值。

输出电压平均值为：

电容滤波电路通过电容存储电荷来抑制纹波，接入负载后在示波器中可以看到明显的纹波。当纹波中电压波形处于上升部分时，二极管导通，借助电流一部分经过负载另一部分为电容充电，其时间常数为[R'C]（[R'=R1//r]，[r]为输入电路内阻）;下降部分时二极管截止，负载上的电流由电容放电来提供，其放电时间常数为[R1C]。一般有[R1>>r>R1//r]，所以滤波效果主要取决于放电时间常数，其数值越大，滤波后的输出纹波就越小，电压波形越平滑，平均值越大。

如图2所示，前半部分是开关S1断开时得到的全波直流电压波形，后半部分是开关S1闭合所得到的整流滤波后的电压波形。由此可见，加入滤波后的电压平均值明显上升，使得纹波系数变小且电压波形变平滑。若增大负载或增大滤波电容，会使纹波系数减小更多。当改变电容参数，[C]的参数由100 F变为1 000 F时，滤波前后输出电压如图3所示。可见，当[C]的参数不同时，产生的纹波大小也不同，增大滤波电容，会进一步降低纹波系数。

3 稳压电路

稳压电路的作用是保证直流电路在电网波动、负载变化、温度变化等因素影响下的输出电压稳定。稳压电源由整流电路、滤波电路和稳压电路构成。稳压管稳压电路由稳压二极管和限流电阻组成，通过借助稳压管的电流调节作用以及限流电阻上的电流和电压来进行补偿，进而起到稳压作用，故限流电阻必不可少。并联稳压管稳压电路仿真电路如图4所示，仿真结果如图5所示。

图5中，上方波形为整流滤波输出波形，下方为稳压输出波形。为了保证稳压电路的稳定，输入电阻电压必须高于输出电压的一定值，且限流电阻[R]在某个负载变化的范围内不能任意选取，应根据负载范围、输入输出电压值计算得到一个合适的阻值。

若输入电压的变化为15～18 V，负载电流变化为5～15 mA，而稳压二极管的稳压值[UZ]=12 V，稳压电流[IZmin]=0.25 mA，[IZmax]=50 mA，求限流电阻[R]的数值。

4 结语

本文分析了直流稳压电路的模型，利用Multisim软件对整流滤波电路和稳压电路进行了仿真验证。仿真结果和实验结论比对表明，二者结果基本吻合，所以直流稳压电路的仿真在电路设计过程是十分必要的，可通过仿真来模拟真实的实验环境。当前，人们可以利用Multisim软件分析并设计出不同需求的电源系统，降低设计的复杂度，提高设计效率，缩短开发周期。

参考文献：

[1]黄丽贤.基于Multisim的直流稳压电源的仿真分析[J].光盘技术，2008（10）：38.

[2]程建峰.基于Multisim直流稳压电源的仿真分析[J].工业仪表与自动化装置，2015（4）：65-67.

[3]曹春雷.基于Multisim的整流滤波电路分析[J].中国科技信息，2013（4）：87-88.