整流与滤波电路的仿真实现

吴文娟

(南京林业大学理学院 应用物理系，江苏 南京 210037)

生活中经常需要使用稳压直流电源，在大学物理实验中开设的整流与滤波实验[1]，通过设计整流和滤波电路，可以把交流电转成稳定的直流电。该实验需将220 V市用交流电通过变压器变成安全电压以下。实物变压器的初级和次级线圈的变比是一定的，无法实现变压器的输出值的改变，且实验中各元器件参数是固定的，不方便随时更换，同时在强电实验中，由于接线或操作不当，会引起不必要的安全事故。而基于Multisim的电路仿真已经成为一种常见的电路研究方法[2-4]，为此，本文设计基于Multisim整流与滤波实验的仿真电路，并进一步研究参数改变对滤波效果的影响。

1 全波桥式整流电路

整流的作用就是把方向周期性变化的交流电转成方向不变的直流电，可利用二极管的单向导通性来实现。整流电路一般包括半波整流电路和全波桥式整流电路。在实际直流稳压电源设计中，通常采用全波桥式整流电路。本文以全波桥式电路为例，分析整流和滤波特性，其电路仿真图如图1所示。

图1 全波桥式整流电路图

2 全波桥式电容滤波电路

经过整流后的电压为脉冲直流电，波形如图2所示。为减小电压脉动，需通过低通滤波电路滤波，得到平滑的输出电压。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波[5-8]等。选用电容滤波，电路如图3所示。电容滤波器是利用电容充、放电特性将脉动直流电变成平稳的直流电。

图2 输出脉动电压波形图

图3 全波桥式整流电容滤波电路图

(a) C1=1 uF,U2=11.04 V,U0=13.40 V

3 结 语

设计了全波桥式整流仿真电路，整流后输出电压为脉动电压，仿真电路中测试输出直流电压为8.795 V，而理论计算值为9.855 V，造成仿真结果和理论计算结果不稳合的原因是模型选择的不同。理论计算用的是二极管的理想模型，而仿真电路中用的是二极管的恒压降模型。在滤波电路中，增大滤波电容的容值，输出电压波形趋于平缓，输出电压数值增大。当电容充放电时间常数τd=R1C1大于1秒时，输出电压达到最大值。利用Multisim的整流滤波仿真电路，可以快捷改变电路的参数，观察电路的波形与数值，使学生更全面的了解整流滤波电路的特点和结果。