直流稳压电源仿真实训
主讲教师：张恩沛教授
前
言
在工农业生产、日常生活和科研工作中，主要用交 流电源，但是在电解、电镀、直流电机驱动等工业领域， 都需要用直流电源。另外，在仪器仪表、计算机和控制 装置中，也需要高质量的稳压电源。 现在，我们进行直流稳压电源仿真实验研究。
项目5
直流稳压电源仿真实训
一、实训目的
仿真实验5－集成稳压电路仿真实验
它是由整流、滤波、三端稳压器所组成的稳压电源。
整流、滤波和稳压的波形图
本课小结
1、直流稳压电源是由交流电源经过变换得来的，由 变压、整流、滤波和稳压四部分组成。 2、整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电 转换成单向脉动直流电。整流电路有多种：半波、全 波和桥式。由于单相桥式整流电路的变压器利用率高 ，输出电压脉动成分小，得到广泛应用。
u2>0: 二极管导通， u2<0： 二极管截止，
u L＝u 2 u L＝0
输出波形
在一个周期内，只有正半周导电，负载上得到的是正 半个正弦波。负半周时，二极管D承受反向电压，截止。
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仿真实验1－单相半波整流电路仿真实验
1、启动Multisim7，做单相半波整流电路，如下图所示。
仿真实验3－整流滤波电路仿真实验
1、启动Multisim7，做桥式整流滤波电路，如下图所示。
2、用示波器观察电容充放电的滤波波形。
3、打开仿真开关，用示波器观察电容器充放电波形。
电容充放电时间τ=RL C, τ大，充放电时间长，波纹较 小，滤波效果好。电容滤波电路适用于输出电压较高，负 载电流较小的场合。
5.2 整流电路
整流电路是利用二极管的单向导电特性，将交流电变 换成脉动的直流电。常用的整流电路有三种：单相半波整 流、全波整流和桥式整流。 目前广泛使用的是桥式整流电路。 为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理， 即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。
5.2.1
单相半波整流电路
单相半波整流电路是最简单的整流电路，仅用一个二 极管来实现整流功能，如下图所示。
U2 负半周时，D2、D4导通；D1、D3截止。
单相桥式整流电压波形
U2 wt UD3,UD1 wt UD4,UD2 wt Uo wt
在实际应用中，用 “集成硅整流桥”来实现 。
仿真实验2－桥式整流电路仿真实验
1、启动Multisim7，做桥式整流电路，如下图所示。
2、示波器观察桥式整流电路输入、输出波形，如下图所示。
LC滤波
CLC滤波
CRC滤波
5.4
稳压电路
稳压电路分为线性稳压电路和开关稳压电路两大类。 线性稳压电路制作方便、简单易行，但效率低、体积大。 开关稳压电路体积小、效率高，但控制电路复杂。随着电 力电子器件和集成电路的发展，开关电源已经得到广泛地 应用。 线性稳压电路主要分为并联稳压电路和串联稳压电路 两种。下面，先介绍并联稳压电路。
2、示波器观察半波整流电路输入、输出波形，如下图所示。
5.2.2
全波整流电路
从变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2。
当u2正半周时， D1导通，D2截止。 当u2负半周时， D2导通，3
单相桥式整流电路
由四个二极管组成桥路
U2正半周时，D1、D3导通；D2、D4截止。
3 、滤波电路是利用电容、电感等储能元件滤去脉 动直流电压中的交流成分，使输出电压平滑。 采用电容滤波成本低，输出电压好，但带负载能 力差，适用于负载电流较小的场合。 采用电感滤波成本高，带负载能力强，适用于负 载电流较大的场合。在要求较高的场合，可采用LC、
5.4.2
集成稳压电路
集成稳压电路是将稳压电路集成在一块硅片上，具有 体积小、使用方便、工作可靠等特点。 集成稳压器的种类很多，最普遍的是 3 端式稳压器， 仅有输入端、输出端和公共端 3 个接线端子。主要有两个 系列：W78××和W79××稳压器。
常用的集成稳压器
W7800系列 —— 输出正电压 ： W7809 输出+9V W7812 输出+12V W7900系列 —— 输出负电压 ： W7909 输出-9V W7912 输出-12V
5.3
滤波电路
交流电压经整流后输出的是脉动直流，其中既有直流 成分又有交流成份。利用电容两端电压(或电感中的电流) 不能突变的特性, 滤掉交流成份，保留直流成份，达到平 滑输出电压的目的。
5.3.1
电容滤波
最简单的电容滤波电路，就是在负载上并联一个电容器， 利用电容器充放电时，端电压不能跃变的特性进行滤波。
5.3.2
电感滤波
电感滤波是在负载上串联一个电感线圈，当通过电感 线圈的电流发生变化时，线圈中自感电动势阻碍电流的变 化，使负载电流和负载电压的脉动减小。
电感滤波的特点
优点：输出比较平坦，适用于低电压大电流的场合。 缺点：电路复杂、电感铁芯体积大。
5.3.3
复式滤波
为了减小脉动，可采用复式滤波。如Π 型RC滤波、Π 型 LC滤波、 CLC滤波、 CRC滤波以及T型滤波等。
5.4.1
并联稳压电路
稳压管稳压电路是由限流电阻R、稳压管VD及负载RL组 成。其中稳压管与负载并联，限流电阻串联电路中。
稳压原理—利用稳压管的反向击穿特性。
稳压管的输出电压，即为稳压管的反向击穿电压Uz。
仿真实验4－稳压电路仿真实验
通常是由桥式整流、电容滤波、稳压管稳压所组成的 稳压电源。
用示波器可以很清晰的观察到滤波后的输出电压与 稳压后的输出电压这两个波形。
通过仿真实训，加深对直流稳压电源的理解，掌握稳压 电源的仿真实验方法，并为制作实用稳压电源打下基础。
二、实训内容
1、直流稳压电源基本组成； 2、整流电路－半波、全波和单相桥式整流电路；
3、滤波电路－电容、电感和复式滤波电路；
4、稳压电路－稳压管、并联稳压和集成稳压电路。
5.1 直流稳压电源的组成
直流稳压电源通常是由交流电压转变而成的。将交流 电压转变成稳定的直流电压，需要经过变压、整流、滤波、 稳压四个过程。
电源变压器：将同频率的交流电压变换为需要的电压。 整流电路： 利用二极管的单向导电特性，将交流电压 变换为单向脉动直流电压。 滤波电路： 利用电容或电感的储能特性，减小整流电 压的脉动程度。 稳压电路： 在电源电压波动或负载变化时，保持直流 输出电压稳定。