李月蘭

摘 要：本文采用Multisim軟件對串聯(lián)直流穩(wěn)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(huán)節(jié)有一個完整的工作過程，即設計— 焊接— 組裝— 調(diào)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(xù)發(fā)展奠定基礎。

關鍵詞：Multisim 直流穩(wěn)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(chǎn)品組裝與調(diào)試》是《電子技術》這門課程在工學結合課程模式下所產(chǎn)生的一門新課程，在新模式下所產(chǎn)生的《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程與以往的《電子技術》課程相比優(yōu)點在于：瓦解以前學科式章節(jié)模式，重新組合教學內(nèi)容，使得教學內(nèi)容以工作過程為導向，項目為載體；整個課程內(nèi)容重點體現(xiàn)能力訓練、工作經(jīng)歷相結合的教育模式；注重角色的變化，體現(xiàn)了學生為主體，教師為指導的角色扮演。高等職業(yè)教育開設《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程培養(yǎng)的學生應該具備改造、設計電路；焊接、組裝電子產(chǎn)品；調(diào)試、維護產(chǎn)品的能力?，F(xiàn)如今《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程內(nèi)容設計和組織課堂過程發(fā)現(xiàn)，這門專業(yè)核心課程整個內(nèi)容注重學生組裝與調(diào)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(yǎng)出來的學生與中專層次的學生就沒有了區(qū)別。為此，在《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程中采用Multisim軟件，對每一電子產(chǎn)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(yǎng)學生對電子產(chǎn)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(shù)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(xiàn)計算機仿真設計與虛擬實驗，與傳統(tǒng)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(diào)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(chǎn)品中使用等特點。其解決理論教學與實際動手實驗相脫節(jié)的這一老大難問題，并很好的將設計環(huán)節(jié)展現(xiàn)在教學中。

2 串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路整體設計分析

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)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(wěn)定；并且通過改變的反饋網(wǎng)絡參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。本文以具有放大環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路為例進行分析，如圖1所示。

2.1 穩(wěn)壓設計原理

當由于某種原因（如電網(wǎng)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(diào)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(wěn)定。

2.2 輸出電壓的可調(diào)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(diào)整管的選擇

根據(jù)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(diào)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(shù)，

，

。

3 串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路模塊設計分析

串聯(lián)直流穩(wěn)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(lián)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(jīng)1點到R1，再經(jīng)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(jīng)1點到R1，再經(jīng)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(shù)值大于電容兩端電壓時，電流一路經(jīng)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(shù)規(guī)律放電，所以當下降到一定數(shù)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(xù)通過R1放電，按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當?shù)呢摪胫芘c以上原理相同。由圖3中波形圖可以看出，經(jīng)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(jù)理想集成運放工作在線性區(qū)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(lián)負反饋電路

同相比例運算電路和電壓串聯(lián)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(wǎng)絡。其是從輸出電壓取樣，通過反饋網(wǎng)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(lián)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(lián)負反饋，由：

可得是控制的電壓源，穩(wěn)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(fā)射極輸出的，所以簡稱射極輸出器，此電路的電壓放大倍數(shù)。

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(wěn)壓-放大電路

采樣-電壓比較-穩(wěn)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(lián)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(wěn)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(wěn)定，其穩(wěn)壓電源可通過電阻R3調(diào)節(jié)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(huán)節(jié)的可調(diào)穩(wěn)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(wěn)壓電源性能，從變壓、整流、濾波、電壓比較、穩(wěn)壓到最終輸出電壓的可調(diào)，體現(xiàn)了電路整個設計思想和工作原理，結論與理論相一致。

現(xiàn)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(xiàn)）。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?qū)崿F(xiàn)仿真教學；《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》作為一門基于工學結合的課程，現(xiàn)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(lián)直流穩(wěn)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(huán)節(jié)有一個完整的工作過程，即設計—焊接—組裝—調(diào)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(xù)發(fā)展奠定基礎。

參考文獻

[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 張新喜，許軍.Multisim 10電路仿真及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[3] 戴樹春.電子產(chǎn)品裝配與調(diào)試[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[4] 劉曉書，王毅.電子產(chǎn)品裝配與調(diào)試[M].北京：科學出版社，2011.

[5] 羅國強，羅偉.實用模擬電子技術項目教程[M].北京：科學出版社，2009.

[6] 朱向陽，羅國強.實用數(shù)字電子技術項目教程[M].北京：科學出版社，2009.

[7] 王國玉，李中顯.電子產(chǎn)品設計與制作[M].北京：科學出版社，2010.

[8] 朱晶波.MultiSim在電工與電子技術實驗教學中的應用[J].數(shù)字技術與應用，2010（2）.

[9] 劉洋，張雅潔.Multisim在模擬電子技術教學中的應用[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2009（22）.