电容滤波电路工作波形的Multisim 仿真分析

西藏大学

《Multisim 》课程设计报告

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工学院 专 业 信息工程 班 级 11级电子 学 号 学生姓名 指导教师 课程成绩 完成日期 2014年7月9日

在直流电源中，一般需在整流电路之后利用滤波电路对脉动的直流电压进行平滑。电容滤波电路是最常见、最简单的滤波电路，其原理是利用滤波电容的充放电作用使输出电压趋于平滑。

利用波形图可直观描述电容滤波电路的工作过程及工作特性。用Multisim 仿真软件进行滤波电路工作过程波形仿真分析时，用虚拟仪器中的正弦交流电压源做实验中的信号源产生所需的正弦交流输入信号，用4 踪示波器观测输入电压、输出电压、二极管电流波形，可直观描述滤波电路的工作特性，特别便于观测电路参数改变时工作特性的变化情况，且解决了无法用实际电子实验仪器进行滤波电路多个工作波形同时观测问题。以下分析用Multisim10 版本并以半波整流电容滤波为例。

1 半波整流电容滤波电路波形的Multisim 仿真

在Multisim 中构建的仿真电路如图1 所示[2-8]。其中，上半部分为半波整流电路、下半部分为半波整流电容滤波，设置半波整流电路的目的便于对比整流、滤波电路的波形变化；uI为输入正弦交流电压，模拟实际电路变压器变压后的副边电压，选择频率f=50 Hz、周期T=0.02 s、幅值10 V；D 为整流二极管；RL为负载电阻；C 为滤波电容；R 为阻值较小的电流检测电阻，其两端电压的波形与二极管中电流波形相同；uO为输出电压；四踪示波器XSC1 用于观测输入正弦交流电压uI、整流电路及整流滤波电路输出电压uO的波形、二极

管中电流的波形。路的工作原理叙述如下。利用二极管的单向导电特性，整流电路将交流电变换成脉动直流电，即uI正半周使二极管导通，

uO=uI，uI的负半周使二极管截止，uO=0。利用滤波电容的充放电作用使输出电压趋于平滑。当uI>uC时，二极管导通，电容充电，由于充电时间常数非常小，输出电压迅速上升；当uI

图1 半波整流电容滤波仿真电路

1.1 RLC=（3~5）T 时的仿真波形当滤波电容C 选取为1 000 μF 满足RLC=（3~5）T 关系时，半波整流电容滤波电路的Multisim 仿真波形如图2 所示，由上至下依次是输入正弦交流电压uI、整流电路输出电压uO、滤波电路输出电压uO、二极管中电流的波形。

仿真结果直观描述滤波电路的工作特性：半波整流得到半波脉动直流电压波形，滤波电容的充放电过程得到锯齿状波形使输出电压趋于平滑，电容充电过程二极管导通、放电过程二极管截止，二极管的导通时间小于半个周期，二极管中为脉动电流。

1.2 RLC<（3~5）T 时的仿真波形

当滤波电容C 选取为100 μF 满足RLC<（3~5）T 关系时，半波整流电容滤波电路的Multisim 仿真波形如图3 所示，由上至下依次是输入正弦交流电压uI、滤波电路输出电压uO、整流电路输出电压uO

及二极管中电流的波形。可看出，滤波电容的放电时间减小、输出电压锯齿状波形的脉动曾大、平滑程度变差，二极管中脉动电流的幅度减小但导通时间增大。

1.3 RLC>（3~5）T 时的仿真波形

当滤波电容C 选取为3 000 μF 满足RLC>（3~5）T 关系时，半波整流电容滤波电路的Multisim 仿真波形如图4 所示，由上至下依次是输入正弦交流电压uI、滤波电路输出电压uO、整流电路输出电压uO 及二极管中电流的波形。可看出，输出电压锯齿状波形的脉动程度比RLC=（3~5）T时减小不多，二极管中脉动电流的幅度及导通时间变化不大。仿真结果表明，在满足RLC=（3~5）T 关系时后，再增大

滤波电容的容量对滤波效果的改善作用不明显，反而会增加电路的成本。进一步仿真分析还可看出，滤波电容的容量过大时，在接通电源后的一段时间内，二极管中有很大幅值的脉动电流然后才趋于正常值，这对二极管安全正常工作是不利的。

2 结束语

用Multisim 软件仿真可直观描述滤波电路的工作过程，所述方法的创新点是解决了无法用电子实验仪器同时显示滤波电路的多个工作波形问题，有利于系统地研究电路的构成及电路元件参数的选择。所述方法亦可用于桥式整流电容滤波电路工作过程的仿真研究。所述方法具有实际应用意义。