基于串聯直流穩壓電源電路的Multisim應用于電路設計分析研究

李月蘭

摘 要：本文采用Multisim軟件對串聯直流穩壓電源電路進行分析，仿真軟件的引入，能夠快捷方便的搭建電路，預測電路的結果；大大縮減理論知識的教學時間，較短的時間將理論融會貫通，提高學生對電路工作原理的認識與理解的能力；使整各教學環節有一個完整的工作過程，即設計— 焊接— 組裝— 調試的過程，更加完善工了學結合課程模式，為電路的改造和設計奠定基礎，為學生將來的可持續發展奠定基礎。

關鍵詞：Multisim 直流穩壓電源

中圖分類號：G719.21 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0181-04

Study of Circuit Design with Multisim Based on the Series

DC Regulated Power Supply

Li Yuelan

（Ningxia Vocational Technical College of Industry and Commerce，Yinchuan Ningxia，750001，China）

Abstract：This article is to analyse the series DC regulated power supply with multisim，there are lot of advantages with multisim，The first，quick and easy to build the circuit；The second，it can make theory touch with practice and make students improved comprehension greatly to theory.The third， it can make teaching steps be had the working process of the complete，the same to say， designing—welding—assembling—debugging，it is important basis for students to design circuit.

Key Words：Multisim；Series DC Regulated Power Supply

本文撰寫的背景是，《電子產品組裝與調試》是《電子技術》這門課程在工學結合課程模式下所產生的一門新課程，在新模式下所產生的《電子產品組裝與調試》課程與以往的《電子技術》課程相比優點在于：瓦解以前學科式章節模式，重新組合教學內容，使得教學內容以工作過程為導向，項目為載體；整個課程內容重點體現能力訓練、工作經歷相結合的教育模式；注重角色的變化，體現了學生為主體，教師為指導的角色扮演。高等職業教育開設《電子產品組裝與調試》課程培養的學生應該具備改造、設計電路；焊接、組裝電子產品；調試、維護產品的能力。現如今《電子產品組裝與調試》課程內容設計和組織課堂過程發現，這門專業核心課程整個內容注重學生組裝與調試能力突出，而改造、設計電路能力欠缺，甚至沒有。對于大專層次的學生，如果改造、設計電路能力不加重視，從而培養出來的學生與中專層次的學生就沒有了區別。為此，在《電子產品組裝與調試》課程中采用Multisim軟件，對每一電子產品原理圖的仿真分析可以提高學生對電路原理的理解，開拓學生電路設計的思路及其培養學生對電子產品設計的能力。

1 Multisim簡介

Multisim源于加拿大后期被美國NI公司（美國國家儀器公司）收購，其具有數千種電路元器件供實驗選用，虛擬測試儀器儀表種類齊全，可以設計、測試和演示各種電子電路。實現計算機仿真設計與虛擬實驗，與傳統的電子電路設計與試驗方法比較，具有設計與實驗可以同步進行，可以邊設計邊實驗，修改調試方便；實驗中不消耗實際元器件，實驗成本低，實驗速度快，效率高，設計和實驗成功的電路可以直接在產品中使用等特點。其解決理論教學與實際動手實驗相脫節的這一老大難問題，并很好的將設計環節展現在教學中。

2 串聯直流穩壓電源電路整體設計分析

串聯型穩壓電路以穩壓管穩壓電路為基礎，利用晶體管的電路放大作用，增加負載電流；在電路中引入電壓負反饋使輸出電壓穩定；并且通過改變的反饋網絡參數使輸出電壓可調。本文以具有放大環節串聯型穩壓電路為例進行分析，如圖1所示。

2.1 穩壓設計原理

當由于某種原因（如電網電壓波動或負載電阻的變化等）使輸出電壓U0升高（降低）時，取樣電路將這一變化趨勢送到集成運放的反向輸入端，并與同相輸入端電位UZ進行比較放大；集成運放的輸出電壓，即調整管的基極電位降低（升高）；因為電路采用的射極輸出形式，所以輸出電壓UO必然降低（升高），從而使UO得到穩定。

2.2 輸出電壓的可調范圍

在理想運放條件下，凈輸入電壓為零，即，則電位器滑到最上端時，輸出電壓最小，為：

，則電位器滑到最下端時，輸出電壓最大，為：

2.3 調整管的選擇

根據電路中元件選擇，變壓器二次側電壓有效值39.239 V，橋式整流及電容濾波電路得到V。調整管一般為大功率管，因而選用原則與功率放大電路中的功放管相同，主要考慮其極限參數，

，

。

3 串聯直流穩壓電源電路模塊設計分析

串聯直流穩壓電源電路如圖1所示，電路主要由整流濾波模塊，同相比例運算電路模塊，電壓串聯負反饋電路模塊，射極輸出器模塊組成。

3.1 橋式整流電容濾波電路

橋式整流電路工作原理如圖2所示，設變壓器二次側電壓為當為正半周時，電流由2點流出經1點到R1，再經4點到達3點，負載R1上的電壓當為負半周時，電流由3點流出經1點到R1，再經4點到達2點，負載R1的電壓。輸出電壓的平均值為。

橋式整流電容濾波電路工作原理如圖3所示，當二次側電壓處于正半周并且數值大于電容兩端電壓時，電流一路經負載R1，另一路對電容C充電，理想情況下，當上升到峰值后開始下降，電容通過負載R1放電，其電壓開始下降，趨勢與基本相同，但由于電容按指數規律放電，所以當下降到一定數值后，的下降速度小于，使得大于，從而導致二極管截止，電容C繼續通過R1放電，按指數規律緩慢下降。當的負半周與以上原理相同。由圖3中波形圖可以看出，經濾波后的輸出電壓不僅變得平滑，而且平均值也得到提高。為了獲得較好的濾波效果，在實際電路中，應選擇濾波電容的容量滿足的條件，此時電容的耐壓值應大于。

3.2 同相比例運算電路

同相比例運算電路工作原理如圖4所示，左圖中根據理想集成運放工作在線性區時，滿足“虛短”和“虛斷”的概念，

，

右圖中，由基本原理可推到出

3.3 電壓串聯負反饋電路

同相比例運算電路和電壓串聯負反饋電路是一體，但此電路承擔兩種功能，工作原理如圖4所示，左圖中由于R1是輸入端與輸出端的連接元件，所以R1是反饋網絡。其是從輸出電壓取樣，通過反饋網絡得到反饋電壓，然后與輸入電壓相比較，求得差值作為凈輸入電壓進行放大，故此反饋類型是電壓串聯負反饋。由可得此反饋類型僅僅決定于，而與負載電阻無關，因此，可以將電路的輸出看成為電壓控制的電壓源，且輸出電阻為零。右圖中電阻是反饋電阻并且類型是電壓串聯負反饋，由：

可得是控制的電壓源，穩定輸出電壓。

3.4 射極輸出器電路

共集電極放大電路工作原理如圖5所示，共集電極放大電路是從發射極輸出的，所以簡稱射極輸出器，此電路的電壓放大倍數。

因此，小于1但近似等于1，即略小于，電路沒有電壓放大作用，此外，跟隨變化，故電路又稱為射極跟隨器。

3.5 采樣-電壓比較-穩壓-放大電路

采樣-電壓比較-穩壓-放大模塊也就是以上同相比例運算電路構成的電壓串聯負反饋電路、射極輸出器電路綜合體模塊。主要采用集成運放構成了深度電壓負反饋，輸出電阻趨近于零，因而輸出電壓相當穩定。輸出電壓如圖6所示，輸出電壓通過三極管構成的射極輸出器將其穩定，其穩壓電源可通過電阻R3調節其輸出電壓范圍，最大約為30 V，最小10 V。

4 結語

由上述仿真結果可知，先是具有放大環節的可調穩壓電源電路整體設計思路作以分析，然后對電路的每一模塊進行詳細的分析，電路的元器件其取值都將影響穩壓電源性能，從變壓、整流、濾波、電壓比較、穩壓到最終輸出電壓的可調，體現了電路整個設計思想和工作原理，結論與理論相一致。

現如今各高職院校在教學中，仿真軟件應用有兩種形式：Multisim以一門單獨EDA即電子自動化設計課程展開教學；《電子技術》課程在實驗部分有所應用，（教材中以獨立實驗的特點編寫，但真正很少實現）。問題所在：軟件和實體沒有有效的結合起來，理論中電路原理教學沒有應用到仿真軟件，不能快速有效提高學生理解能力；Multisim實驗教學形同虛設，在理論教學和實驗教學中由于軟件的配備、時間的分配等問題的存在不能夠實現仿真教學；《電子產品組裝與調試》作為一門基于工學結合的課程，現還是試探和完善階段，Multisim的應用還是個空白。

如果在教學中采用Multisim軟件，如以上串聯直流穩壓電源電路的分析過程，可以解決以上的問題。仿真軟件Multisim的引入，能夠快捷方便的搭建電路，預測電路的結果；大大縮減理論知識的教學時間，較短的時間將理論融會貫通，提高學生對電路工作原理的認識與理解的能力；使整個教學環節有一個完整的工作過程，即設計—焊接—組裝—調試的過程，更加完善工了學結合課程模式；為電路的改造和設計奠定基礎，為學生將來的可持續發展奠定基礎。

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