淺談串聯型穩壓電源的仿真與改進

羊佳芃

摘 要：現階段，最主要的電源研究方向集中在直流電源與交流電源。而交流電源因其自身周期性變化的特點，在電路中提供的電流極其不穩定，不能應用于一些精密儀器以及部分電子設備。故而，直流電源正在受到更多青睞，地位與研究比重也愈發提高。直流電源中，應用最為廣泛的當屬直流穩壓電源，又細分為串聯型穩壓電源、開關型穩壓電源、穩壓管直流穩壓電源以及集成電路等。然而穩壓電源因過長的工作時間，極其容易出現元件損壞的現象，造成儀器報廢或引起安全隱患等顧慮。同時，穩壓電源的輸出電壓也可能因為負載電流改動與電壓波動等原因產生不穩定，導致放大器的零點漂移，引起額外的噪音，損傷精度。通過對Multisum2010電子電路的仿真分析，從而設計出更加穩定的直流穩壓電源，將會對電路設計行業、電子元件器械維修行業提供極大的便利。在對電路分析檢測的過程中，也能很好地鍛煉學生動手操作能力，開拓學生自主學習創新學習能力。

關鍵詞：串聯穩壓電源 Multisum2010 仿真

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）10（a）-0055-02

最為簡單的直流穩壓電源——穩壓管直流穩壓電源因為有固定大小限制的輸出電流，所以，在很多場合下無法滿足用電器要求，又兼電壓固定不可調節，無法呈現元件的變化特性，使得應用比較單一。然而將穩壓管直流穩壓電源當作基礎，加以有放大電流作用的晶體管，就可以增加負載電流。同時晶體管的負反饋也可以穩定電路電壓，輸出電壓也可以通過改變反饋而來的參數來達到調節的目的，從而適合更多的條件場合。這樣改進過的串聯穩壓直流電源，操作簡單靈活，成本低廉輕便，方便使用人員學習操作，也方便針對電路進行維修檢修，減少了工作量，極大地提高了工作效率，也能應用于教學舉例分析，極大地擴大了適用受眾。而利用Multisum2010電路仿真分析工具，可以對串聯直流穩壓電源的內部結構進行較為完全詳盡的仿真分析。通過模擬相關測量儀器對電源內部不同部位的輸入電壓的示波器顯示模型，輸出電壓的示波器顯示模型，從而計算分析出相關輸入電壓值、輸入電流值、輸出電壓值、輸出電壓值等不同參數。進而可在教學中作為驗證相關定理定律的有效工具手段。

1 運用Multisum2010對串聯型穩壓電路的仿真分析

通常實驗室運用的是較為簡化的串聯型直流穩壓電源，基本涵蓋了最主要的4個部分，即整流部分、濾波部分、串聯穩壓部分、保護部分。

1.1 整流電路分部

由于Multisum2010電子電路仿真工具能夠較好地還原電路實況，也能很好地模擬出給定的不同場景條件，相對所需的反應時間也比較短，所以，我們假定在特定模擬電路不同位置中加入整流二極管4只，（如圖1），并將信號輸出端用合適的成像示波器模擬出波譜形狀，來對不同情況下的假設做出鑒定。

通過仿真分析的譜圖可知，無論哪個部位的整流二極管發生開路，都會破壞原有完好的全波整流，形成新的只有一半周期的不完整半波整流，輸出電壓的大小也會變成原有的一半，仿真模擬得到的結果與實驗前的理論預測十分契合，也從側面證明了該模擬仿真的相似度十分高，可以作為實驗數據相信代入計算。

根據如上舉例，還可以舉一反三探究其他相關問題，比如：若是任意一個位置整流二極管發生短路，又或是兩個位置同時發生短路等，均是很有研究探討價值的問題，在此不作重復演示。

1.2 濾波電路分部

將濾波電容也加入到整流電路中，由于電容器具有儲存電荷的特性與容抗特點，會阻礙電壓降與電流的改變趨勢，所以會使得輸出電壓的波動幅度減小，相對增大平均輸出電壓。根據計算公式可知，電阻R值越大，相同電容量的電容器放電時間會更長，放電速度也相對減緩，輸出的電壓變動曲線也愈發平滑緩和，平均輸出電壓值也就越大。當R值無窮時，平均輸出電壓的平方值正好是最大輸出電壓平方的一半，而濾波電容一定時，負載電阻R阻值越大，同理輸出電壓曲線也變的平緩，平均值也同比增加。

1.3 串聯穩壓電路分布與保護電路分部

穩壓電路分部是通過晶體管的負反饋作用來削弱輸入電壓對輸出電壓波形與平均值的影響。

保護電路分部的作用主要是在電路中串聯負載過了底線值時，又或者輸出發生短路時，通過限流型保護分部和截流型保護分部，通過截斷電路通道，來保護相關電子元件。

2 運用Multisum2010電子電路模擬軟件模擬晶體管負反饋串聯型直流穩壓電源

以電子實驗平臺EWB為前身的Multisum2010電子電路模擬仿真，最為突出的改進莫過于增加了虛擬儀表讀數觀察的直觀性，與各類電子元件、集成電路芯片庫的豐富性，并且擁有較為友好的用戶操作界面。使得整個軟件的處理信息功能強大卻便于操作，是新入門的電子操作設計，電路檢修人員增加理解熟悉操作的首選工具。其擁有虛擬儀器涵蓋了示波器以及顯示分析裝置、函數模擬發生器、萬用表、波特圖圖示儀器、針對失真度、譜頻、邏輯、網絡等必要參數的分析裝置等專業儀器，極大地方便了實驗要求與設計。

2.1 創建模擬電路

注意：（1）要選擇AC_VOLTACE_SOURSE此選項作為交流電源，并且接地。（2）在元件庫中選好相應的變壓器、橋堆，2只穩壓二極管，2只三極管，相應阻值的6只電阻，合適的2只電容，并按照示意圖連接好電路，在如圖位置放置好選擇2只萬用表作為測量用表。

2.2 仿真分析負反饋穩壓

雙擊交流電源按鍵，調整電壓值為220 V，頻率為50 Hz，將萬用表調整到量程為15 V的電壓表模式，讀取電壓值為12 V。另取萬用表2，調整量程為15 V的電壓表，分別連接入電路測得電壓值如表1。通過對R4阻值的調整可以發現，其阻值的改變會相應的輸出電壓值。

當輸出電壓顯示值升高時，同樣操作調整相關參數為240 V，50 Hz，改變萬用表2位置，進行對相關阻值的測量，并且記下萬用表1的電壓讀數。

當輸出電壓顯示值降低時，同樣操作調整相關參數為200 V，50 Hz，改變萬用表2位置，進行對相關阻值的測量，并且記下萬用表1的電壓讀數。

通過表1可以看出，當輸入電壓的波動范圍控制在20 V以內的時候，晶體管串聯得到的穩壓電源能夠很好地利用晶體管負反饋的特性，將輸出電壓維持在固定數值保持不變。

假若調整輸入電壓以及其他電子元件參數數值，按照同樣的電路結構，就可以類似得出不同參數的晶體管，以及晶體管數量安裝方式不同時改造的串聯型穩恒電壓的最大波動幅度和穩定性，可以作為改進串聯型穩壓電源的深入性探究，具有很大的教學與商業價值。

3 結語

串聯型直流穩壓電源因其穩恒的輸出電壓，簡單的構造、方便的操作在精密儀器、電子元件領域扮演著不可替代的角色，對它的分析改進也一直是教學之重和企業創新賣點。然而在現階段，高校大學物理實驗室與中小型的企業電子電路實驗室依然存在儀器老舊不完備等缺陷，故而不能很好地實現教學目標與設計檢修等工作。通過Multisum2010電子電路的模擬分析，能較好地理解掌握相關的原理，也能相對地熟悉操作，從而將串聯型穩壓電源的作用發揮到更好。提高教學質量并且激發學生興趣，也能再次促進電子電路設計維修行業的發展。

參考文獻

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