模电课设单相桥式整流电容滤波电路.docx

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模电课设单相桥式整流电容滤波电路

课程设计任务书

学院

信息科学与技术

专业

电子信息工程

学生姓名

班级学号

课程设计题目

单相桥式整流电容滤波电路

实践教学要求与任务:

1）采用multisim仿真软件建立电路模型；

2）对电路进行理论分析、计算；

3）在multisim环境下分析仿真结果，给出仿真波形图；

4）撰写课程设计报告。

工作计划与进度安排:

第1天：

1.布置课程设计题目及任务。

2.查找文献、资料，确立设计方案。

第2-3天：

1.安装multisim软件，熟悉multisim软件仿真环境。

2.在multisim环境下建立电路模型，学会建立元件库。

第4天：

1.对设计电路进行理论分析、计算。

2.在multisim环境下仿真电路功能，修改相应参数，分析结果的变化情况。

第5天：

1.课程设计结果验收。

2.针对课程设计题目进行答辩。

3.完成课程设计报告。

指导教师：

2012年月日

专业负责人：

201年月日

学院教学副院长：

201年月日

2.1设计任务1

2.1.2矩形波发生器1

2.1.3音调发生电路1

2.1.4微变积分电路1

3.1单相桥式整流电容滤波电路4

3.2矩形波发生器4

3.3音调发生电路5

3.4微变积分电路5

4.1.4微变积分电路6

1课程设计的目的与作用

1.1课程设计的目的

（1）了解并掌握Multisim软件，并能熟练的使用其进行仿真；

（2）加深理解单相桥式整流电容滤波电路的组成及性能；

（3）进一步学习整流电路基本参数的测试方法。

1.2课程设计的方法

通过自己动手亲自设计和用Multistim软件来仿真电路，不仅能使我们队书上说涉及到的程序软件有着更进一步的了解和掌握，而且通过计算机仿真，避免了实际动手操作时机器带来的误差，使我们对上课所学到的知识也有更深刻的了解。

2设计任务、及所用multisim软件环境介

2.1设计任务

2.1.1单相桥式整流电容滤波电路

设计单相桥式整流电容滤波电路，使输出电压成为比较平滑的直流电压，电路由自己独自设计完成，在实验中通过自己动手调试电路，能够真正掌握实验原理，即静态分析和动态分析，并在试验后总结出心得体会。

正确理解不同电容对电路性能的影响，以及如何根据实际要求在电路中求出输出直流电压Uo的估算

2.1.2矩形波发生器

设计矩形波发生器，将输出电压值稳定在一个值，输出波形为矩形波波形。

同时可调节电位器来改变矩形波的占空比。

2.1.3音调发生电路

设计音调发生电路，音调放大电路通过调节电位器，是输出电压的幅度变化，实现音量的放大。

2.1.4微变积分电路

设计微变积分电路，微变积分电路通过积分运算关系将三角波转换成矩形波。

2.2Multisim软件环境简介

2.2.1Multistim10简介

Multistim是美国IIT公司推出的基于Windows的电路仿真软件，由于采用交互式的界面，比较直观，操作方便，具有丰富的元件库和品种繁多的虚拟仪器，以及强大的分析功能等特点，因而得到了广泛的应用。

2.2.2Multistim10主页面

启动Multistim10后，屏幕上将显示主界面。

主界面主要由菜单栏、系统工具栏、设计工具栏、元件工具栏、仪器工具栏、使用中元件列表、仿真开关、状态栏以及电路图编辑窗口等组成。

2.2.3Multistim10元器件库

Multistim10提供了丰富的元器件，供用户构建电路图时使用。

在Multistim10的主元器件库中，将各种元器件的模型按不同的种类分别存放若干个分类库中。

这些元器件包括现实元件和虚拟元件。

从根本上说，仿真软件中的元器件都是虚拟的。

这里所谓的现实元件，给出了具体的型号，它们的模型参数根据该型号元件参数的典型值确定。

现实元件有相应的封装，可以将现实元件构成的电路图传送到印刷电路板设计软件Uliboard10中去。

而这里所谓的虚拟元件没有型号，它的模型参数是根据这种元件各种型号参数的典型值，而不是某一种特定型号的参数典型值确定。

虚拟元件的某些参数可以由用户根据自己的要求任意设定，如电阻器的阻值，电容器的容值以及三极管β值等，这对于教学实验的仿十分方便。

虚拟元件没有相应的封装，因而不能传送到Uliboard10中去。

另外，Multistim10的元器件库还提供一种3D虚拟元件，这是Multistim以前的版本并没有。

这种元件以三维图形的方式显示，比较形象，直观。

Multistim10还允许用户根据自己的需要创建新的元器件，存放在用户元器件库中。

如图1所示

图1Multistim10主界面

2.2.4Multistim10虚拟仪器

Multistim10提供了品种繁多，方便实用的虚拟仪器。

取用这些虚拟仪器，只当连接在构建的电路图中，可以将仿真的结果以数字或图形的方式实时显示出来，比较直观。

虚拟仪器的连接和操作方式与实验室中的实际仪器相似，比较方便。

点击主界面中仪表栏的相应按钮即可方便地取用所需的虚拟仪器。

元件工作栏如图2所示，虚拟仪表栏如图3所示。

图2元件工具栏

图3虚拟仪表栏

2.2.5Multistim10分析工具

分析菜单如图4所示。

图4分析菜单

3电路模型的建立

3.1单相桥式整流电容滤波电路

在Multisim中构建单相桥式整流电容滤波电路，如图5所示，其中U1=14.14v，C1=500μF，R1=120Ω。

图5单相桥式整流电容滤波电路

3.2矩形波发生器

在Multisim中构建矩形波发生电路，如图6所示，其中R1=1KΩ,R2=20KΩ,VEE=-15，VCC=15V,C=20nf

图6矩形波发生器

3.3音调放大电路

在Multisim中构建音响放大电路，如图7所示，其中R1=R2=R3=47KΩ，R4=470KΩ,C1=250PF,C2=510PF,C3=1F,C4=4.7uf。

v1=100mv,v2=120mv

图7音响放大电路

3.4微分积分电路

在Multisim中构建微分积分电路，如图8所示，其中R1=10KΩ,C1=330nf

图8微变积分电路

4理论分析及计算

4.1理论分析

4.1.1单相桥式整流电容滤波电路

电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。

4.1.2矩形波发生器

矩形波发生器是将输出电压值稳定在一个值，输出波形为矩形波波形。

同时可调节电位器来改变矩形波的占空比。

4.1.3音调发生电路

控制调节音响放大输出频率的高低。

音调控制器只对低音频或高音频的增益进行提升或衰减，中音频增益保持不变。

所以音调控制器的电路由低通滤波器和高通滤波器共同组成。

音调放大电路通过调节电位器，是输出电压的幅度变化，实现音量的放大。

4.1.4微变积分电路

微变积分电路通过积分运算关系将三角波转换成矩形波。

4.2工作原理

4.2.1单相桥式整流电容滤波电路

VD2和VD4管截止，电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电。

当uC>u2，导致VD1和VD3管反向偏置而截止，电容通过负载电阻RL放电，uC按指数规律缓慢下降。

当u2为负半周幅值变化到恰好大于uC时，VD2和VD4因加正向电压变为导通状态，u2再次对C充电，uC上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时VD2和VD4变为截止，C对RL放电，uC按指数规律下降；放电到一定数值时VD1和VD3变为导通，重复上述过程。

4.2.2占空比可调的矩形波发生器：

假设t=0时电容C上的电压uc=0，而滞回比较器的输出端为高电平，即uo=+Uz。

则集成运放同相输入端的电压为输出电压在电阻R1，R2上的分压，此时输出电压+Uz将通过电阻R向电容C充电，使电容两端的电压uc升高，而此电容的电压接到集成运放的反相输入端，即u-=u+，当电容上的电压上升到u-=u+时，滞回比较器的输出端将发生跳变，由高电平跳变为低电平，使uo=-Uz，输出电压为低电平时，电容C将通过R放电，使uc慢慢降低，当电容上电压下降到u-=u+时，滞回比较器的输出端将再次发生跳变，由低电平跳变为高电平，以后重复上述过程，如此电容反复的进行充电和放电，滞回比较器的输出端反复的在高电平和低电平之间跳变，于是产生了正负交替的矩形波。

同时调节电位器RW可改变矩形波的占空比。

4.2.3音调放大电路：

确定整机电路的级数，再根据各级的功能及技术指标要求分配电压增益，然后分别计算各级电路参数，通常从功放级开始向前级逐级计算。

本电路已给定电子混响器的电路模块，需要设计的电路为话筒放大器，混合前置放大器，音调控制器及功率放大器。

根据要求，输入信号为5mV时输出功率的最大值为1W，因此电路系统的总电压增益Av4由集成功放块决定，取值100，音调控制级在f0=1kHZ时，增益应为1（0dB），但实际电路可能产生衰减，故取Av3=0.8.话筒放大级和混合级一般采用运算放大器，但会受到增益带宽积的限制，各级增益不宜太大，取Av1=7.5，Av2=1.运算放大器选用单电源供电的四运放LM324，其中Rp3称为音量控制电位器，其滑壁在最上端时，音响放大器输出最大功率。

4.2.4微变积分电路：

使电路的输出电压uo与电容两端的电压uc成正比，而电路的输入电压UI与流过电容的电流ic成正比，则uo与ui之间即可成为积分运算关系。

使将三角波转换成矩形波。

4.3理论计算

4.3.1单相桥式整流电容滤波电路：

当C=500μF时，计算可得：

（有效值）

当C=50μF时，计算分析可得：

当C=0F时，该电路即为单相桥式整流电路，计算可得：

4.3.2占空比可调的矩形波发生器：

当占空比等于50%时，则这种波为方波，当t=0时，uc=0，uo=+Uz,则u+=R1*Uz/（R1+R2）。

当u-=uc，电容上的电压上升到u-=u+时，滞回比较器输出端将发生跳变，使得uo=-Uz，此时u+=-R1*Uz/（R1+R2）。

周期T=2RCln（1+2R1/R2）.

4.3.3音调放大电路：

功放级的电压增益为Av4=20kΩ/RF

得RF=20kΩ/Av4=20kΩ/100=200Ω。

放大倍数Av2=1+R12/R11=7.8

输出电压的表达式为vo2=-（R22/R21vo1+R22/R23vi2）

4.3.4微变积分电路:

电容两端的电压uc与流过电容的电流ic之间存在着积分关系，即uc=,根据虚短，运放反相输入端的电流为零，则Ii=ic,故ui=Ii=icR,根据虚地，uo=-uc，根据上述关系，则输入电压与流过电容的电流成正比，得：

Uo=-uc==

5仿真结果分析

5.1单相桥式整流电容滤波电路

（1）在选定的电路参数下，利用虚拟示波器观察输出电压UO的波形，并利用虚拟仪表测得，变压器二次电压U2=9.998V（有效值），UO（AV）=11.586V。

分别见图9,10。

图9变压器二次电压

图10输出直流电压

（2）保持U2和RL不变，改变滤波电容的值分别成为C=50μF和C=0，再观察输出直流电压波形并测量UO（AV）。

可以测的，当C=50μF的时候，UO（AV）=9.061V。

如图11所示。

图11当C=50μF时，UO（AV）的值

同样，可以测的，当C=0F时，UO（AV）=7.528V。

如图12所示。

图12当C=0F时，UO（AV）的值

5.2占空比矩形波发生器

（1）在选定的电路参数下，利用虚拟示波器观察输出电压UO的波形如图13

图13占空比可调的矩形波发生器