LTspice整流电路

LTspice整流电路

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/Harry_Re/article/details/143495992

本文主要介绍如何利用LTspice软件建立AC转DC电路仿真模型。

LTspice软件介绍

LTspice 是 Linear Technology（现为ADI, Analog Devices）开发的一款免费的电路仿真软件，广泛应用于电路设计、模拟和分析。它支持SPICE仿真语言，能够模拟复杂的模拟和数字电路。LTspice 提供了强大的绘图功能和丰富的元件库，尤其适合开关电源、运放等电路的仿真，并且具有出色的运算速度和精度。（下图是初始界面）

接下来，我们将利用LTspice软件进行整流、滤波、稳压电路的仿真练习。

整流电路

整流电路是一种将交流电 (AC) 转换为直流电 (DC) 的电路，广泛应用于电源设计中。整流电路的基本原理是利用二极管的单向导电特性，使交流电流在流经负载时只产生单向的电流输出。常见的整流电路类型包括：

1. 半波整流电路：使用一个二极管，只允许交流电的一个半周期通过，输出脉动的直流电，但效率较低，通常用于低功率应用。
2. 全波整流电路：使用中心抽头变压器和两个二极管，将交流电的正负半周都转换为正向输出，提供较平滑的直流电，效率比半波整流高。
3. 桥式整流电路：使用四个二极管组成桥式结构，无需中心抽头变压器，正负半周都得到利用，输出稳定的直流电，是最常见的整流电路结构。

整流后的输出电流通常会带有波纹，因此整流电路后还会接滤波电路来进一步平滑输出，得到更纯净的直流电流。

本次我们采用的是桥式整流电路，仿真图如下：

由于最终我们要输出的是12V电压，我们采用的电压源参数为：交流幅值为16.97V，频率为50Hz，得到的整流波形为：

从中我们可以看到原本处于Y轴下方的电压都已经被整流到正半轴了。

滤波电路

滤波电路是一种用于减少或消除信号中的不必要频率成分的电路，常用于整流电路之后，来平滑直流输出。它通过滤除电源中的交流分量或高频噪声，以提供稳定的直流电压。常见的滤波电路包括以下几种：

1. 电容滤波器：利用电容器在电压变化时充放电的特性来平滑波形。电容滤波器一般并联在负载上，能够有效滤除高频噪声，适用于低负载电流的应用。
2. 电感滤波器：利用电感器对电流变化的抑制作用来滤波。电感滤波器通常串联在电路中，对低频波纹也有较好的抑制效果，适合较大电流的应用。
3. LC滤波器：由电感和电容组合而成。LC滤波器比单纯的电容或电感滤波效果更佳，能够提供更低的波纹电压，常用于对电源质量要求较高的场合。
4. RC滤波器：由电阻和电容组成的简单滤波电路。RC滤波器用于滤除较小的波纹，通常在较小电流的应用中使用，但对负载变化的适应性较差。
5. π型滤波器：由两个电容和一个电感组成，形成类似字母“π”的结构。π型滤波器能够显著减小波纹电压，非常适合对电源稳定性要求高的应用场合。

本文主要采用电容滤波器进行滤波。在原有的基础上我们加上电容进行滤波，仿真图如下：

当我们将电容设置为200uF时，我们得到的波形如下：

当我们设置电容大小为4.16mF时，得到的波形如下：

我们可以发现，电容选取越大，滤波波纹越稳定。滤波电容的容量越大，相应的纹波电压是下降了，但是滤波电容越大，则能够获得的好处就更少了，从经济学的角度看，就是边际效益越小（性价比低），不值得这么做。

稳压电路

稳压电路是一种将输入电源的不稳定电压调整为稳定输出电压的电路，广泛应用于电源设计和电子设备中，以保护电路元件并保证系统的可靠运行。它通过控制电流、调节输出电压，使输出电压保持恒定，即使输入电压或负载发生波动。常见的稳压电路类型包括：

1. 线性稳压器：采用线性元件（如晶体管）通过调整其导通状态来稳压，常见的有三端稳压器（如78系列）。线性稳压器适合输出电流稳定、低噪声的应用，但效率较低，适用于低功率场合。
2. 开关稳压器：利用开关元件（如MOSFET）高速开关，实现降压（Buck）、升压（Boost）或升降压（Buck-Boost）稳压。开关稳压器效率高，适合高功率应用，但通常会产生一定的高频噪声。
3. 齐纳二极管稳压器：利用齐纳二极管的反向击穿特性，使输出电压稳定在齐纳二极管的击穿电压附近，常用于小电流稳压场合，结构简单但负载能力有限。
4. 反馈稳压电路：通过反馈控制系统来调节输出电压，如运算放大器组成的稳压电路，精度高，适合对电压要求严格的应用。

由于我们的目标是输出12V稳定电压，我们采用三极管进行线性稳压，仿真图如下：

得到的稳压波形为：

由图可以看出电压可以稳定在13.109V左右，比预期12V略微高一些。

总结

在本次实验中，我们利用LTspice仿真了从整流、滤波到稳压的电路过程。首先，通过整流电路将交流信号转换为直流脉动信号，为后续电路提供基础直流电压。然后使用滤波电路平滑了脉动信号，减少了波纹，使输出更接近稳定的直流电压。最后，利用稳压电路进一步稳定电压输出，达到了预期的电压值。通过这次仿真，我们清晰地观察到整流、滤波和稳压的各个环节如何协同作用，最终实现了稳定的直流电源输出。