模电仿真报告.docx

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模电仿真报告

模电仿真报告

Multisim

课程名称：

电子技术基础_模拟部分

指导教师：

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完成时间：

仿真题目（课本526页）：

SP10.4.1整流、滤波、稳压电路如图题10.2.1所示。

设正弦电v2的振幅为17V，频率为50Hz，二极管采用1N4148，它的Vz=4.7V（课本中为10V是不对的），，IZ（min）=1mA。

当负载电流为50mA（RL=200Ω）时，试分析：

（1）C=1000μF，正常稳压时，R的取值范围，并绘出输出的电压波形；

（2）R=40Ω，正常稳压时，C的取值范围，并绘出输出的电压波形。

电路原理分析

一、电容滤波原理分析：

1．空载时的情况

当电路采用电容滤波，输出端空载，如图1（a）所示，设初始时电容电压uC为零。

接入电源后，当u2在正半周时，通过D1、D3向电容器C充电；当在u2的负半周时，通过D2、D4向电容器C充电，充电时间常数为

（a）电路图                                          （b）波形图

                                图1空载时桥式整流电容滤波电路

式中包括变压器副边绕组的直流电阻和二极管的正向导通电阻。

由于一般很小，电容器很快就充到交流电压u2的最大值，如波形图1（b）的时刻。

此后，u2开始下降，由于电路输出端没接负载，电容器没有放电回路，所以电容电压值uC不变，此时，uC＞u2，二极管两端承受反向电压，处于截止状态，电路的输出电压

，电路输出维持一个恒定值。

实际上电路总要带一定的负载，有负载的情况如下。

2．带载时的情况

图2给出了电容滤波电路在带电阻负载后的工作情况。

接通交流电源后，二极管导通，整流电源同时向电容充电和向负载提供电流,输出电压的波形是正弦形。

在时刻，即达到u290°峰值时，u2开始以正弦规律下降，此时二极管是否关断，取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。

先设达到90°后，二极管关断，那么只有滤波电容以指数规律向负载放电，从而维持一定的负载电流。

但是90°后指数规律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超过90°以后有一段时间二极管仍然承受正向电压，二极管导通。

随着u2的下降，正弦波的下降速率越来越快，uC的下降速率越来越慢。

所以在超过90°后的某一点，例如图2（b）中的t2时刻，二极管开始承受反向电压，二极管关断。

此后只有电容器C向负载以指数规律放电的形式提供电流，直至下一个半周的正弦波来到，u2再次超过uC，如图5（b）中的t3时刻，二极管重又导电。

以上过程电容器的放电时间常数为

电容滤波一般负载电流较小，可以满足td较大的条件，所以输出电压波形的放电段比较平缓，纹波较小，输出脉动系数S小，输出平均电压UO（AV）大，具有较好的滤波特性。

（a）电路图                              （b）波形图

                                图2带载时桥式整流滤波电路

二、稳压二极管工作原理：

稳压管是利用反向击多区的稳压特性进行工作的，因此，稳压管在电路中要反向连接。

稳压管的反向击穿电压称为稳定电压，不同类型稳压管的稳定电压也不一样，某一型号的稳压管的稳压值固定在口定范围。

例如，1N750稳压管的稳压值是4.7V.其伏案特性曲线如图3

电路数据分析及仿真结果

三、理论分析计算

（1）当稳压管的动态电阻Rz时，只有满足

的条件，稳压管才反向击穿能够稳压。

由题知，当

即空载时，VI=17V,且知道VZ=4.7V，RL=200Ω.

则：

解得R<523Ω

（2）令电容滤波电路接入的负载为R0，电容两端的电压为

，电容在充放电过程中的最低电压为

，

要使电路正常稳压，需满足

代入数据为：

，解得

>5.64V

又因为正弦电压

的振幅为17V，频率f=50Hz，得T=0.02s,

将

=5.64V代入上式得t=0.00107s

则有原理知，电容的放电最短时间为

又因为当电路要正常稳压时，需满足

且

代入上式，得

C>151.8

四、电路仿真结果

图1电路总电路图

注：

该电路直接用正弦电压源代替变压电路做电源

1、第一小题仿真分析

（1）C=1000μF，正常稳压时，R的取值范围，并绘出输出的电压波形；

有上面计算得当R<523Ω时，电路正常稳压

现在分别取R为400Ω，500Ω，600Ω，700Ω进行仿真结果如下图：

图2.1.1（R=400Ω）

图2.1.2（R=400Ω时的数据）

图2.2.1（R=500Ω）

图2.2.2（R=500Ω时的数据）

图2.3.1（R=600Ω）

图2.3.2（R=600Ω时的数据）

上面的仿真结果为

当R=400Ω时，稳压结果为V=4.646，几乎等于Vz=4.7V

其波形非常平整，几乎无抖动，稳压正常。

当R=500Ω时，稳压结果为V=4.262，与Vz=4.7V相差

为0.438V，稳压值有较小削弱。

其波形基本平整，有较小的抖动，稳压基本正常。

当R=600Ω时，稳压结果为V=3.8953，与Vz=4.7V相差

为0.8047V，稳压值有较大的削弱。

其波形虽基本平整，有较小的抖动，稳压值偏低较大。

由上述可知：

理论和仿真结果接近，说明理论结果是正确的。

2、第二小题仿真分析

（2）R=40Ω，正常稳压时，C的取值范围，并绘出输出的电压波形。

有上面计算得当C>151.8

时，电路正常稳压.

现在分别取C为100

，150

，300

，进行仿真结果如下图：

图3.1（C=100

）

图3.2（C=150

）

图3.3（C=300

）

由上面的仿真结果有：

当C=100

时，波形起伏很大，不能正常稳压。

当C=150

时，波形起伏较小，基本可以正常稳压。

当C=300

时，波形基本平滑，可以正常稳压。

由上所述，理论计算与仿真结果基本一致，因此理论分析是正确的。

心得：

该仿真需要理论与实践相结合，在仿真中我们不但要把结果仿真出来，还要很好的用理论来解释其现象，这就要求我们要有很好的理论基础，如本次仿真，我们必须有对滤波电路和稳压电路有较深的理解。

同时理论和仿真也是相辅相成的，原理与理论计算可以解释仿真结果，仿真结果反过来可以验证理论的正确性。