【LTspice学习笔记】实验：交流12v转直流5v滤波稳压电路

         本文是一个大三自动化专业本科生就整流滤波稳压电源相关仿真设计的实验学习与记录过程，并介绍些LTspice的一些功能

一、LTspice相关介绍

LTspice是由Linear Technology（现为Analog Devices的一部分）开发的一款免费的电路仿真软件。它主要用于模拟电路的设计与分析，特别是针对线性和开关电源的应用。其具备高效的仿真算法、内置了大量的电子元件模型组建而成的模型库，并提供强大的仿真结果波形分析功能，与其他SPICE解决方案相 比，LTspice的增强功能和模型改善了模拟电路仿真。

下载路径：https://www.analog.com/cn/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

 选择“下载用于Windows 10 64位及更高的版本17.1.6”即可

二、实验目标

设计电路并仿真，要求实现输入 12V 交流电压，输出 5V 稳压，且电流为 1A ，波动幅度在 10% 以内。具体设计思路为由浅入深的桥式整流电路

三、电路设计与仿真

1、半波整流

        使用单个二极管实现半波整流电路，由于AC12V为平均值，因此选择振幅大约为16.97V，频率为50Hz

其中，电源部分的参数值可以在V1处单击鼠标右键，选择“SINE”后输入幅值频率等参数，也可以右键V1右下角“V”直接输入“SINE(0 16.97 50)”，操作如下

简单的电路设计如上图所示，通过使用单个二极管，根据其单向导电的性质，我对二极管左右两端进行电压测量，其对应波形如下(电路图的幅值有些错误，16.97而不是16.79)

 观察波形可以发现，经过了二极管之后只有正半波的波形。

2、桥式整流电路

        通过桥式整流电路对其进行整流，将交流电转换为直流电。该电路与前述的半波整流电路相似的地方为都是利用了二极管的单向导电性质进行整流。桥式整流电路中的四个二极管排列整齐，形成一个桥形，通过四个二极管分别导通与截止的交替，使得在每一个交流电周期中，经过负载电阻的电流都为单向直流电流。

具体搭建仿真电路为

依旧是测量在二极管D2、D4右端节点处波形情况，如下图所示。可知整流之后的输出波形已经成为正半波波形，电压全部为正，说明整流基本成功。

3、滤波电路

        通过上述整流后得到的直流电为脉动直流，由于其纹波较大并不适合直接用于电路的直流电源，故在此基础上对其进行滤波，本次进行的是电容滤波。

这里其实问了下同学和看了下博客，好像是输出到负载的时间常数大于电源供电周期要1.5倍朝上，这样电容充放电时间可以覆盖掉脉冲周期。

由运行后的仿真波形图可知绿色线条为电容滤波之后的电压波形，其形状趋于平稳状态，整流滤波功能良好。同时发现绿色虽然整体平稳，但细看还是有较多的纹波成分，那么在不改变负载R的前提下，增大些滤波电容，RC增大，时间常数增大，覆盖脉冲周期波形的范围也就越大，电源整体的稳定性有些许提高。

然后进行本次实验最后一步，将12v交流最终转换为稳定的5v直流输出。设计降压电路，在该实验中采用运算放大器进行降压。运算放大器的好处就是运放的低输出阻抗能够提供较大的负载能力适用于需要较大输出电流；可以通过负反馈调整输出，使得电路对输入电压变化具有良好的稳态响应，确保输出电压稳定。电路中实际采用了AD549运放，其低输出阻抗有助于驱动负载，确保信号完整性和稳定性。

波形如上图，绿色为降压后输出电压。

 

 四、总结

LTspice是一个很好的能将理论电路转化为实践过程的工程软件，在搭建过程中，搭建的是否合理，电路的工作状态都能够直观的观察到，含有庞大的电子元件库，满足绝大部分电路模拟仿真的需要，相较于大一大二的实验室搭建硬件做电路实验，模拟仿真能够迅速给出结果，缩短实验进程，方便找到最优的电路方案。通过这次实验，对电路的有了一个更加深刻的了解，对LTspice软件的使用也更加熟悉。