基于串联直流稳压电源电路的Multisim应用于电路设计分析研究
摘 要：本文采用Multisim软件对串联直流稳压电源电路进行分析，仿真软件的引入，能够快捷方便的搭建电路，预测电路的结果；大大缩减理论知识的教学时间，较短的时间将理论融会贯通，提高学生对电路工作原理的认识与理解的能力；使整各教学环节有一个完整的工作过程，即设计— 焊接— 组装— 调试的过程，更加完善工了学结合课程模式，为电路的改造和设计奠定基础，为学生将来的可持续发展奠定基础。
关键词：Multisim 直流稳压电源
中图分类号：G719.21 文献标识码：A 文章编号：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
本文撰写的背景是，《电子产品组装与调试》是《电子技术》这门课程在工学结合课程模式下所产生的一门新课程，在新模式下所产生的《电子产品组装与调试》课程与以往的《电子技术》课程相比优点在于：瓦解以前学科式章节模式，重新组合教学内容，使得教学内容以工作过程为导向，项目为载体；整个课程内容重点体现能力训练、工作经历相结合的教育模式；注重角色的变化，体现了学生为主体，教师为指导的角色扮演。高等职业教育开设《电子产品组装与调试》课程培养的学生应该具备改造、设计电路；焊接、组装电子产品；调试、维护产品的能力。现如今《电子产品组装与调试》课程内容设计和组织课堂过程发现，这门专业核心课程整个内容注重学生组装与调试能力突出，而改造、设计电路能力欠缺，甚至没有。对于大专层次的学生，如果改造、设计电路能力不加重视，从而培养出来的学生与中专层次的学生就没有了区别。为此，在《电子产品组装与调试》课程中采用Multisim软件，对每一电子产品原理图的仿真分析可以提高学生对电路原理的理解，开拓学生电路设计的思路及其培养学生对电子产品设计的能力。
1 Multisim简介
Multisim源于加拿大后期被美国NI公司（美国国家仪器公司）收购，其具有数千种电路元器件供实验选用，虚拟测试仪器仪表种类齐全，可以设计、测试和演示各种电子电路。实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与试验方法比较，具有设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；实验中不消耗实际元器件，实验成本低，实验速度快，效率高，设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用等特点。其解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题，并很好的将设计环节展现在教学中。
2 串联直流稳压电源电路整体设计分析
串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电路放大作用，增加负载电流；在电路中引入电压负反馈使输出电压稳定；并且通过改变的反馈网络参数使输出电压可调。本文以具有放大环节串联型稳压电路为例进行分析，如图1所示。
2.1 稳压设计原理
当由于某种原因（如电网电压波动或负载电阻的变化等）使输出电压U0升高（降低）时，取样电路将这一变化趋势送到集成运放的反向输入端，并与同相输入端电位UZ进行比较放大；集成运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（升高）；因为电路采用的射极输出形式，所以输出电压UO必然降低（升高），从而使UO得到稳定。
2.2 输出电压的可调范围
在理想运放条件下，净输入电压为零，即，则电位器滑到最上端时，输出电压最小，为：
，则电位器滑到最下端时，输出电压最大，为：
2.3 调整管的选择
根据电路中元件选择，变压器二次侧电压有效值39.239 V，桥式整流及电容滤波电路得到V。调整管一般为大功率管，因而选用原则与功率放大电路中的功放管相同，主要考虑其极限参数，
，
。
3 串联直流稳压电源电路模块设计分析
串联直流稳压电源电路如图1所示，电路主要由整流滤波模块，同相比例运算电路模块，电压串联负反馈电路模块，射极输出器模块组成。
3.1 桥式整流电容滤波电路
桥式整流电路工作原理如图2所示，设变压器二次侧电压为当为正半周时，电流由2点流出经1点到R1，再经4点到达3点，负载R1上的电压当为负半周时，电流由3点流出经1点到R1，再经4点到达2点，负载R1的电压。输出电压的平均值为。
桥式整流电容滤波电路工作原理如图3所示，当二次侧电压处于正半周并且数值大于电容两端电压时，电流一路经负载R1，另一路对电容C充电，理想情况下，当上升到峰值后开始下降，电容通过负载R1放电，其电压开始下降，趋势与基本相同，但由于电容按指数规律放电，所以当下降到一定数值后，的下降速度小于，使得大于，从而导致二极管截止，电容C继续通过R1放电，按指数规律缓慢下降。当的负半周与以上原理相同。由图3中波形图可以看出，经滤波后的输出电压不仅变得平滑，而且平均值也得到提高。为了获得较好的滤波效果，在实际电路中，应选择滤波电容的容量满足的条件，此时电容的耐压值应大于。
3.2 同相比例运算电路
同相比例运算电路工作原理如图4所示，左图中根据理想集成运放工作在线性区时，满足“虚短”和“虚断”的概念，
，
右图中，由基本原理可推到出
3.3 电压串联负反馈电路
同相比例运算电路和电压串联负反馈电路是一体，但此电路承担两种功能，工作原理如图4所示，左图中由于R1是输入端与输出端的连接元件，所以R1是反馈网络。其是从输出电压取样，通过反馈网络得到反馈电压，然后与输入电压相比较，求得差值作为净输入电压进行放大，故此反馈类型是电压串联负反馈。由可得此反馈类型仅仅决定于，而与负载电阻无关，因此，可以将电路的输出看成为电压控制的电压源，且输出电阻为零。右图中电阻是反馈电阻并且类型是电压串联负反馈，由：
可得是控制的电压源，稳定输出电压。
3.4 射极输出器电路
共集电极放大电路工作原理如图5所示，共集电极放大电路是从发射极输出的，所以简称射极输出器，此电路的电压放大倍数。
因此，小于1但近似等于1，即略小于，电路没有电压放大作用，此外，跟随变化，故电路又称为射极跟随器。
3.5 采样-电压比较-稳压-放大电路
采样-电压比较-稳压-放大模块也就是以上同相比例运算电路构成的电压串联负反馈电路、射极输出器电路综合体模块。主要采用集成运放构成了深度电压负反馈，输出电阻趋近于零，因而输出电压相当稳定。输出电压如图6所示，输出电压通过三极管构成的射极输出器将其稳定，其稳压电源可通过电阻R3调节其输出电压范围，最大约为30 V，最小10 V。
4 结语
由上述仿真结果可知，先是具有放大环节的可调稳压电源电路整体设计思路作以分析，然后对电路的每一模块进行详细的分析，电路的元器件其取值都将影响稳压电源性能，从变压、整流、滤波、电压比较、稳压到最终输出电压的可调，体现了电路整个设计思想和工作原理，结论与理论相一致。
现如今各高职院校在教学中，仿真软件应用有两种形式：Multisim以一门单独EDA即电子自动化设计课程展开教学；《电子技术》课程在实验部分有所应用，（教材中以独立实验的特点编写，但真正很少实现）。问题所在：软件和实体没有有效的结合起来，理论中电路原理教学没有应用到仿真软件，不能快速有效提高学生理解能力；Multisim实验教学形同虚设，在理论教学和实验教学中由于软件的配备、时间的分配等问题的存在不能够实现仿真教学；《电子产品组装与调试》作为一门基于工学结合的课程，现还是试探和完善阶段，Multisim的应用还是个空白。
如果在教学中采用Multisim软件，如以上串联直流稳压电源电路的分析过程，可以解决以上的问题。仿真软件Multisim的引入，能够快捷方便的搭建电路，预测电路的结果；大大缩减理论知识的教学时间，较短的时间将理论融会贯通，提高学生对电路工作原理的认识与理解的能力；使整个教学环节有一个完整的工作过程，即设计—焊接—组装—调试的过程，更加完善工了学结合课程模式；为电路的改造和设计奠定基础，为学生将来的可持续发展奠定基础。
参考文献
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