基于Multisim的直流稳压电源设计

2.3 仪器的调入

选用仪器可从仪器库中将相应的仪器图标拖拽至电路工作区，仪器图标上有连接端，用于将仪器连入电路，如图1所示。本例中使用了万用表、示波器。万用表有两个输入端，示波器共有4个接线端(A通道端、B通道端、T触发端、G接地端)。需要观察测试波形时，可以双击仪器图标打开仪器面板，如图2(a)，示波器显示的是桥式整流后没有滤波的波形，图2(b)万用表显示的是输出UO的数值。仪器的使用方法和实际仪器基本相同，万用表的使用方法，首先要根据被测两点的实际情况，用鼠标选择测量直流-还是交流～，然屙选抒测量电压V、电流I或电阻R。示波器的使用方法，首先选择工作模式Y／T，然后选择A、B通道的输入耦合开关，是直流DC、交流AC还是接地零。


3. 电路的仿真分析

3.1 仿真步骤

仿真分析开始前可双击仪器图标打开仪器面板。准备观察被测试波形。按下程序窗口右上角的启动／停止开关状态为1，仿真分析开始。若再次按下，启动／停止升关状态为0，仿真分析停止。电路启动后，需要调整示波器的时基和通道控制，使波形显示正常。仿真后的的仪器工作状态如图3所示。


3.2 仿真输出结果

3.2.1 整流滤波

在输入端加人幅度U1=15V，频率为50Hz的交流电压，RL=100Ω，可用Multisim2001电子工作台上提供的万用表、示波器观察滤波电路输出结果。这时调节RP，使输出UO在10V左右，从图3中可以看到用万用表测量出关键点的电压U1=14.998V，UI=18.381V，UO=10.156V，用示波器A通道和B通道分别显示整流滤波后电压UI的波形和稳压输出电压Uo的波形，从示波器显示窗口可以看山：上面一条锯齿波曲线为UI波形，下面一条线为Uo波形。

3.2.2 稳压电路

模拟交流电网波动±10％分别为13.5V和16.5V，频率为50Hz交流电压时的情况。首先改变输入电压信号，模拟电网波动，用Multi-sim2001工作平台操作比较简单，只需用鼠标对准电压源双击，根据屏幕显示将其由15 V，分别改变为13.5V、16.5V，这时测量的对应的UI分别为16.280V和20.406V，输出电压UO为10.133V和10.181V。

3.2.3 过流保护电路

当U1=15V，频率为50Hz，分别改变RL。
当RL=∞，Uo=10.160V；
当RL=100Ω，IL=101.816mA，Uo=10.156V；
当RL=10Ω，IL=160.075mA，Uo=1.601V；
当RL=5.1Ω，IL=158.433mA，Uo=808.005mV，
当当负载短路时，IL=156.741mA，Uo=156.74lpV。

从测量的数据看，本电路是一个限流型保护电路。

4. 与设计指标比较校核

4.1 输出电压

理论计算Uo=(R7′+R8′)(Vz+Ube4)／R8=10.196V。式中R7′=R7+RP′=265Ω，R8′=R8+RP″=255Ω，VZ=4.3V，Ube4=0.7V。式中RP′是RP的上半部分阻值，RP″是RP的下半部分阻值。用Multisim2001模拟仿真。使用万用表实测输出电压为Uo=10.160V，测量稳压电源输出电压Uo调节范围当U1=15V，频率为50Hz，调节RP，即当键盘字母为小写状态，连续按下A键，电位器滑动头向下移动，直至最下端，这时测量Uo=13.29V：反之，当键盘字母为大写状态，连续按下A键，电位器滑动头向上移动，直至最上端，这时测量Uo=6.064V。
4.2 稳压系数Sr理论值的计算




式中β4取值30，[rbe4+(1+β4)rz]取值1K，为取样电路的分压比。用Multisim2001模拟仿真电子线路，根据屏幕显示将其由15 V，改变为13.5 V，这时测量的对应UI分别为18.381V和16.280V，输出电压UO为10.156V和10.133V。 由此得出：



4.3 输出电阻

用Multisim2001模拟仿真测量的数据：当RL=∞， UO=10.160V； 当 RL=100Ω，IL=101.816mA，Uo=10.156V；计算得出：



通过以上分析，串联型直流稳压电源的测量值和理论计算相符。实际线路满足设计指标要求。如果以上设计的电路通过模拟仿真分析，不符合设计要求，可通过逐渐改变元器件参数，或更改元器件型号，使设计符合要求，最终确定出元器件参数。并可对更改的电路立即进行仿真分析，观察虚拟结果是否满足设计要求，这在实际的电路板中是难以做到的。

5. 结束语

从上述例子可见，是一个开放的虚拟电子实验平台。既有它的优越性，又有它的局限件。设计人员可以做各种类型的电子线路实验和实际电子产品设计，但不能完全取代最终电路和实物测试，因为实际电子线路，干扰现象是一个不好解决的难题，特别是高频电路。之所以用Multi-sim2001模拟仿真，就是在制成实际电路之前能够保证电路有大致正确的参数属性，从而减少设计中不必要的弯路。在《电子技术基础》教学中，运用Multisim2001电路仿真软件进行教学，一方面可以验证理论知识，另一方面还可以设置一些故障，例如串联型直流稳压电源中，调整管V1的c-e极断路。先提问学生从理论上分析会出现什么问题，然后让学生应用仿真软件进行仿真，来验证结果，从而拓展学生思维，进一步促进《电子技术基础》的教学。因而我们可以看到，对于工程技术人员，合理运用Multisim2001电路仿真软件，可以节省大量人力、物力，缩短设计周期；对于教师教学，能够理论联系实际，强化学生实践能力，培养出实用型人才。