模電課設(shè)單相橋式整流電容濾波電路

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院信息科學(xué)與技術(shù)專 業(yè)電子信息工程學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)課程設(shè)計(jì)題目單相橋式整流電容濾波電路實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):1) 采用multisim 仿真軟件建立電路模型；2) 對(duì)電路進(jìn)行理論分析、計(jì)算；3) 在multisim環(huán)境下分析仿真結(jié)果，給出仿真波形圖；4) 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:第1天：1.布置課程設(shè)計(jì)題目及任務(wù)。2.查找文獻(xiàn)、資料，確立設(shè)計(jì)方案。第2-3天：1. 安裝multisim軟件，熟悉multisim軟件仿真環(huán)境。2. 在multisim環(huán)境下建立電路模型，學(xué)會(huì)建立元件庫(kù)。第4天：1. 對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行理論分析、計(jì)算。2. 在multisim環(huán)境下仿真電路

2、功能，修改相應(yīng)參數(shù)，分析結(jié)果的變化情況。第5天：1. 課程設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)收。2. 針對(duì)課程設(shè)計(jì)題目進(jìn)行答辯。3. 完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。指導(dǎo)教師： 2012年 月 日專業(yè)負(fù)責(zé)人：201 年 月 日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：201 年 月 日目錄1 課程設(shè)計(jì)的目的與作用11.1 課程設(shè)計(jì)的目的11.2 課程設(shè)計(jì)的方法12 設(shè)計(jì)任務(wù)、及所用multisim軟件環(huán)境介紹12.1 設(shè)計(jì)任務(wù)12.1.1單相橋式整流電容濾波電路12.1.2矩形波發(fā)生器12.1.3音調(diào)發(fā)生電路12.1.4微變積分電路12.2 Multisim軟件環(huán)境簡(jiǎn)介12.2.1 Multistim 10簡(jiǎn)介12.2.2 Multistim 10主頁面2

3、2.2.3 Multistim 10元器件庫(kù)22.2.4 Multistim 10虛擬儀器32.2.5 Multistim 10分析工具33 電路模型的建立43.1單相橋式整流電容濾波電路43.2矩形波發(fā)生器43.3音調(diào)發(fā)生電路53.4微變積分電路54 理論分析及計(jì)算64.1理論分析64.1.1單相橋式整流電容濾波電路64.1.2矩形波發(fā)生器64.1.3音調(diào)發(fā)生電路64.1.4微變積分電路64.2工作原理61 課程設(shè)計(jì)的目的與作用1.1 課程設(shè)計(jì)的目的（1）了解并掌握Multisim軟件，并能熟練的使用其進(jìn)行仿真；（2）加深理解單相橋式整流電容濾波電路的組成及性能；（3）進(jìn)一步學(xué)習(xí)整流電路基本

4、參數(shù)的測(cè)試方法。1.2 課程設(shè)計(jì)的方法通過自己動(dòng)手親自設(shè)計(jì)和用Multistim軟件來仿真電路，不僅能使我們隊(duì)書上說涉及到的程序軟件有著更進(jìn)一步的了解和掌握，而且通過計(jì)算機(jī)仿真，避免了實(shí)際動(dòng)手操作時(shí)機(jī)器帶來的誤差，使我們對(duì)上課所學(xué)到的知識(shí)也有更深刻的了解。2 設(shè)計(jì)任務(wù)、及所用multisim軟件環(huán)境介2.1設(shè)計(jì)任務(wù)2.1.1單相橋式整流電容濾波電路設(shè)計(jì)單相橋式整流電容濾波電路，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓，電路由自己獨(dú)自設(shè)計(jì)完成，在實(shí)驗(yàn)中通過自己動(dòng)手調(diào)試電路，能夠真正掌握實(shí)驗(yàn)原理，即靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析，并在試驗(yàn)后總結(jié)出心得體會(huì)。正確理解不同電容對(duì)電路性能的影響，以及如何根據(jù)實(shí)際要求在電路中

5、求出輸出直流電壓Uo的估算2.1.2矩形波發(fā)生器設(shè)計(jì)矩形波發(fā)生器，將輸出電壓值穩(wěn)定在一個(gè)值，輸出波形為矩形波波形。同時(shí)可調(diào)節(jié)電位器來改變矩形波的占空比。2.1.3音調(diào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)音調(diào)發(fā)生電路，音調(diào)放大電路通過調(diào)節(jié)電位器，是輸出電壓的幅度變化，實(shí)現(xiàn)音量的放大。2.1.4微變積分電路設(shè)計(jì)微變積分電路，微變積分電路通過積分運(yùn)算關(guān)系將三角波轉(zhuǎn)換成矩形波。2.2 Multisim軟件環(huán)境簡(jiǎn)介2.2.1 Multistim 10簡(jiǎn)介Multistim是美國(guó)IIT公司推出的基于Windows的電路仿真軟件，由于采用交互式的界面，比較直觀，操作方便，具有豐富的元件庫(kù)和品種繁多的虛擬儀器，以及強(qiáng)大的分析功能等特

6、點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。2.2.2 Multistim 10主頁面 啟動(dòng)Multistim 10后，屏幕上將顯示主界面。主界面主要由菜單欄、系統(tǒng)工具欄、設(shè)計(jì)工具欄、元件工具欄、儀器工具欄、使用中元件列表、仿真開關(guān)、狀態(tài)欄以及電路圖編輯窗口等組成。2.2.3 Multistim 10元器件庫(kù)Multistim 10提供了豐富的元器件，供用戶構(gòu)建電路圖時(shí)使用。在Multistim 10的主元器件庫(kù)中，將各種元器件的模型按不同的種類分別存放若干個(gè)分類庫(kù)中。這些元器件包括現(xiàn)實(shí)元件和虛擬元件。從根本上說，仿真軟件中的元器件都是虛擬的。這里所謂的現(xiàn)實(shí)元件，給出了具體的型號(hào)，它們的模型參數(shù)根據(jù)該型號(hào)元件參

7、數(shù)的典型值確定?，F(xiàn)實(shí)元件有相應(yīng)的封裝，可以將現(xiàn)實(shí)元件構(gòu)成的電路圖傳送到印刷電路板設(shè)計(jì)軟件Uliboard 10中去。而這里所謂的虛擬元件沒有型號(hào)，它的模型參數(shù)是根據(jù)這種元件各種型號(hào)參數(shù)的典型值，而不是某一種特定型號(hào)的參數(shù)典型值確定。虛擬元件的某些參數(shù)可以由用戶根據(jù)自己的要求任意設(shè)定，如電阻器的阻值，電容器的容值以及三極管值等，這對(duì)于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的仿十分方便。虛擬元件沒有相應(yīng)的封裝，因而不能傳送到Uliboard 10中去。另外，Multistim 10的元器件庫(kù)還提供一種3D虛擬元件，這是Multistim以前的版本并沒有。這種元件以三維圖形的方式顯示，比較形象，直觀。Multistim 10還允

8、許用戶根據(jù)自己的需要?jiǎng)?chuàng)建新的元器件，存放在用戶元器件庫(kù)中。如圖1所示圖1 Multistim 10主界面2.2.4 Multistim 10虛擬儀器 Multistim 10提供了品種繁多，方便實(shí)用的虛擬儀器。取用這些虛擬儀器，只當(dāng)連接在構(gòu)建的電路圖中，可以將仿真的結(jié)果以數(shù)字或圖形的方式實(shí)時(shí)顯示出來，比較直觀。虛擬儀器的連接和操作方式與實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)際儀器相似，比較方便。點(diǎn)擊主界面中儀表欄的相應(yīng)按鈕即可方便地取用所需的虛擬儀器。元件工作欄如圖2所示，虛擬儀表欄如圖3所示。 圖2 元件工具欄 圖3 虛擬儀表欄2.2.5 Multistim 10分析工具分析菜單如圖4所示。 圖4 分析菜單3 電路模

9、型的建立 3.1單相橋式整流電容濾波電路 在Multisim中構(gòu)建單相橋式整流電容濾波電路，如圖5所示，其中U1=14.14v，C1=500F，R1=120。 圖5 單相橋式整流電容濾波電路3.2矩形波發(fā)生器在Multisim中構(gòu)建矩形波發(fā)生電路，如圖6所示，其中R1=1K,R2=20K,VEE=-15，VCC=15V,C=20nf圖6 矩形波發(fā)生器3.3音調(diào)放大電路在Multisim中構(gòu)建音響放大電路，如圖7所示，其中R1=R2=R3=47K，R4=470K,C1=250PF,C2=510PF,C3=1F,C4=4.7uf。v1=100mv,v2=120mv圖7 音響放大電路3.4微分積分電

10、路在Multisim中構(gòu)建微分積分電路，如圖8所示，其中R1=10K,C1=330nf圖8微變積分電路4 理論分析及計(jì)算 4.1理論分析4.1.1單相橋式整流電容濾波電路電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。4.1.2矩形波發(fā)生器 矩形波發(fā)生器是將輸出電壓值穩(wěn)定在一個(gè)值，輸出波形為矩形波波形。同時(shí)可調(diào)節(jié)電位器來改變矩形波的占空比。4.1.3音調(diào)發(fā)生電路 控制調(diào)節(jié)音響放大輸出頻率的高低。音調(diào)控制器只對(duì)低音頻或高音頻的增益進(jìn)行提升或衰減，中音頻增益保持不變。所以音調(diào)控制器的電路由低通濾波器和高通濾波器共同組成。音調(diào)放大電路通過調(diào)節(jié)電位器，是輸出電壓的幅度變化，實(shí)現(xiàn)音量的放大。4.

11、1.4微變積分電路 微變積分電路通過積分運(yùn)算關(guān)系將三角波轉(zhuǎn)換成矩形波。 4.2工作原理4.2.1單相橋式整流電容濾波電路VD2和VD4管截止，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻RL，另一路對(duì)電容C充電。當(dāng)uC>u2，導(dǎo)致VD1和VD3管反向偏置而截止，電容通過負(fù)載電阻RL放電，uC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。 當(dāng)u2為負(fù)半周幅值變化到恰好大于uC時(shí)，VD2和VD4因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，u2再次對(duì)C充電，uC上升到u2的峰值后又開始下降；下降到一定數(shù)值時(shí)VD2和VD4變?yōu)榻刂?，C對(duì)RL放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時(shí)VD1和VD3變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述過程。4.2.2 占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器：假設(shè)t

12、=0時(shí)電容C上的電壓uc=0，而滯回比較器的輸出端為高電平，即uo=+Uz。則集成運(yùn)放同相輸入端的電壓為輸出電壓在電阻R1，R2上的分壓，此時(shí)輸出電壓+Uz將通過電阻R向電容C充電，使電容兩端的電壓uc升高，而此電容的電壓接到集成運(yùn)放的反相輸入端，即u-=u+，當(dāng)電容上的電壓上升到u-=u+時(shí)，滯回比較器的輸出端將發(fā)生跳變，由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，使uo=-Uz，輸出電壓為低電平時(shí)，電容C將通過R放電，使uc慢慢降低，當(dāng)電容上電壓下降到u-=u+時(shí)，滯回比較器的輸出端將再次發(fā)生跳變，由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，以后重?fù)上述過程，如此電容反復(fù)的進(jìn)行充電和放電，滯回比較器的輸出端反復(fù)的在高電平和低電平之間

13、跳變，于是產(chǎn)生了正負(fù)交替的矩形波。同時(shí)調(diào)節(jié)電位器RW可改變矩形波的占空比。4.2.3 音調(diào)放大電路：確定整機(jī)電路的級(jí)數(shù)，再根據(jù)各級(jí)的功能及技術(shù)指標(biāo)要求分配電壓增益，然后分別計(jì)算各級(jí)電路參數(shù)，通常從功放級(jí)開始向前級(jí)逐級(jí)計(jì)算。本電路已給定電子混響器的電路模塊，需要設(shè)計(jì)的電路為話筒放大器，混合前置放大器，音調(diào)控制器及功率放大器。根據(jù)要求，輸入信號(hào)為5mV時(shí)輸出功率的最大值為1W，因此電路系統(tǒng)的總電壓增益Av4由集成功放塊決定，取值100，音調(diào)控制級(jí)在f0=1kHZ時(shí)，增益應(yīng)為1（0dB），但實(shí)際電路可能產(chǎn)生衰減，故取Av3=0.8.話筒放大級(jí)和混合級(jí)一般采用運(yùn)算放大器，但會(huì)受到增益帶寬積的限制，各級(jí)

14、增益不宜太大，取Av1=7.5，Av2=1.運(yùn)算放大器選用單電源供電的四運(yùn)放LM324，其中Rp3稱為音量控制電位器，其滑壁在最上端時(shí)，音響放大器輸出最大功率。4.2.4 微變積分電路：使電路的輸出電壓uo與電容兩端的電壓uc成正比，而電路的輸入電壓UI與流過電容的電流ic成正比，則uo與ui之間即可成為積分運(yùn)算關(guān)系。使將三角波轉(zhuǎn)換成矩形波。4.3理論計(jì)算4.3.1單相橋式整流電容濾波電路： 當(dāng)C=500F時(shí)，計(jì)算可得：（有效值）當(dāng)C=50F時(shí)，計(jì)算分析可得：當(dāng)C=0F時(shí)，該電路即為單相橋式整流電路，計(jì)算可得：4.3.2占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器：當(dāng)占空比等于50%時(shí)，則這種波為方波，當(dāng)t=0時(shí)

15、，uc=0，uo=+Uz,則u+=R1*Uz/(R1+R2)。當(dāng)u-=uc，電容上的電壓上升到u-=u+時(shí)，滯回比較器輸出端將發(fā)生跳變，使得uo=-Uz，此時(shí)u+=- R1*Uz/(R1+R2)。周期T=2RCln（1+2R1/R2）.4.3.3音調(diào)放大電路：功放級(jí)的電壓增益為Av4=20k/RF得RF=20k/Av4=20k/100=200。放大倍數(shù)Av2=1+R12/R11=7.8輸出電壓的表達(dá)式為vo2=-(R22/R21vo1+R22/R23vi2)4.3.4微變積分電路:電容兩端的電壓uc與流過電容的電流ic之間存在著積分關(guān)系，即uc=1cicdt,根據(jù)虛短，運(yùn)放反相輸入端的電流為零

16、，則Ii=ic,故ui=Ii=icR,根據(jù)虛地，uo=-uc，根據(jù)上述關(guān)系，則輸入電壓與流過電容的電流成正比，得：Uo=-uc=1-cicdt=1-cRUIdt5 仿真結(jié)果分析 5.1單相橋式整流電容濾波電路（1） 在選定的電路參數(shù)下，利用虛擬示波器觀察輸出電壓UO的波形，并利用虛擬儀表測(cè)得，變壓器二次電壓U2=9.998V(有效值)，UO(AV)=11.586V。分別見圖9,10。 圖9 變壓器二次電壓圖10 輸出直流電壓(2) 保持U2和RL不變，改變?yōu)V波電容的值分別成為C=50F和C=0，再觀察輸出直流電壓波形并測(cè)量UO(AV)?？梢詼y(cè)的，當(dāng)C=50F的時(shí)候，UO(AV)=9.061V。

17、如圖11所示。圖11 當(dāng)C=50F時(shí)，UO(AV)的值同樣，可以測(cè)的，當(dāng)C=0F時(shí)，UO(AV)=7.528V。如圖12所示。圖12 當(dāng)C=0F時(shí)，UO(AV)的值5.2占空比矩形波發(fā)生器（1）在選定的電路參數(shù)下，利用虛擬示波器觀察輸出電壓UO的波形如圖13圖13占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器（2） 當(dāng)調(diào)節(jié)電位器RW時(shí)，矩形波的占空比將發(fā)生改變，例如：將電位器的滑動(dòng)端向下移動(dòng)，則輸出端為高電平的時(shí)間縮短，輸出端為低電平的時(shí)間加長(zhǎng)。例如圖14圖15占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器5.3音響放大電路（1）在選定的電路參數(shù)下，利用虛擬示波器觀察輸出電壓UO的波形，如圖16圖16音調(diào)放大電路（3） 當(dāng)調(diào)節(jié)電位器阻值時(shí)，輸出波形的電壓幅度將改變，將電位器向左移動(dòng)，輸出電壓幅度將變大，向右移動(dòng)，輸出電壓幅度將變小。例如圖17圖17音調(diào)放大電路5.4微變積分電路（1）在選定的電路參數(shù)下，利用虛擬示波器觀察輸出電壓UO的波形，如圖18圖18微變積分電路6設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)通過自己動(dòng)手操作Multisim軟件，使我對(duì)此軟件有了徹底的了解能夠熟練的操作