PartSim教程：模拟电源

PartSim是一个基于 Web 的应用程序，它允许您在线创建和模拟电子电路，而无需在您的计算机上安装其他软件。在本文中，我们将继续探索这个强大的模拟系统所提供的可能性。

电源

在第二篇文章中，我们将检查和模拟一个简单电源的行为。这是一个经典的 5V 电源，由一个变压器、一个二极管桥、一些平滑电容器、一个用于精确稳定电压的齐纳二极管和一个功率晶体管组成。如果它连接到微型 USB 连接器，它可用于为小型设备供电或为智能手机充电。请记住，要使用 PartSim，不需要下载任何程序；你只需要一个互联网连接和浏览器。这意味着任何带有任何操作系统的 PC 都可以成功使用。

经典电源方案

在www.partsim.com 上注册并登录后，我们就可以创建电路了。该网站的主页允许我们通过按下“新建项目”按钮立即开始创建新电路，我们可以在其中将电子元件放置在工作表上。由于电子元件的树状结构特别丰富，相对搜索可能有点困难，方便的“搜索”框帮助我们。在这里，我们可以输入要搜索的元素的第一个字符，如图 1 所示。

图 1：组件搜索工具

选择相关类别后，通过在图纸上拖动来执行电子元件的定位。要创建电气连接，只需在组件的各个端子之间拖动鼠标即可。图 2 中可见的接线图涉及一个简单的电源。使用的电子元件如下：

V1：325 V (230 VRMS) 和 50 Hz 的正弦电压源

K1：约 16 V (10 VRMS) 的变压器（实际上，它由两个耦合电感组成；初级电感为 4 H，次级电感为 7 mH）

D1：1N 4004二极管（或等效）

D2：1N 4004 二极管（或等效）

D3：1N 4004 二极管（或等效）

D4：1N 4004 二极管（或等效）

C1：4,700µF 和 25V 电解电容器

R1：1K 和 0.25W 电阻器

Q1：2N3055 NPN功率三极管

Z2：5.6 V 和 0.5 W 的1N5232B齐纳二极管，或等效的

C2：1,000 µF 和 16 V 的电解电容器

R2：通用负载（示例中为 20 Ω）

图 2：使用 PartSim 创建的电源接线图

一个非常有用的选项是查看原理图中使用的组件的物料清单 (BOM)，如图 3 所示。

图 3：电源图的 BOM

模拟

在设计接线图并检查所有连接是否正确后，我们可以立即开始仿真。我们要分析电路各个节点的连续和交流电信号。为此，请单击“探针”选项卡并选择您想知道其结果的组件或电源线。特别是，如图 4 所示，可以：

点击电源线了解电压

点击电子元件了解通过它的电流

图 4：电压和电流的测量

可能的模拟是：

直流偏置

直流甜

交流分析

瞬态响应

仅启用最后一个选项，按“运行”按钮指定 0 毫秒（开始时间）和 0.25 秒（停止时间）之间的模拟。几秒钟后（取决于服务器过载），系统显示指定点的波形。如果您将鼠标移到波形图上，您可以看到有关信号的附加信息。

电压测量

该分析旨在检查电路中各个点的电压。这些是最重要的节点，在这些节点中可以验证和控制电子元件的工作点。让我们从观察节点 A 和 B 处可测量的交流电压开始。 测量参考以下几点：

节点 A 是 230-VRMS 家用交流电网的电压。它的零峰值是 325 V。它可能很危险。

节点 B 是变压器输出端的电压。它较低，最重要的是与初级电气隔离。

在这些点上创建两个“探针”，然后按 Web 界面上的“运行”按钮开始模拟。片刻之后，您将观察到迹线，如图 5所示。每条电源线都可以重命名，使相关波形图更清晰易读。

图 5：示波图

在这种特定情况下，我们将名称“Transf_IN”分配给变压器输入，将“Transf_OUT”分配给其输出。由于使用了光标，我们可以在变压器输入端测量 325 V 的峰值电压，在输出端测量 13.6 V 的峰值电压。两个正弦信号（即初级和次级电压）显然彼此同相，即变压器降低电压但不改变相对相位。下面，您可以看到从正弦信号的零峰值电压开始计算 RMS 电压的公式：

现在让我们可视化两个整流后的信号：

节点 C 是二极管电桥输出端（以及晶体管集电极上）的信号，包含整流信号。

节点 E 是晶体管发射极上的实际输出信号，是负载使用的信号。由于晶体管和齐纳二极管的工作，它是稳定的。

如图 6 所示，节点 C 上的信号约为 12.5 V，包含轻微的“纹波”，在输出端几乎完全消失。另一方面，节点 E 上的信号与电源的输出有关，大约为 5 V。实际上，通过用不同值（连同电阻 R1 )，可以选择设备输出的电压。最后，由于发射极和基极之间的电位差约为 0.7 V，节点 D（对应于晶体管的基极）上的电压略高于节点 E 上的电压。

图 6：二极管电桥输出端和电源输出端的波形图

“涟漪”

输出电压上的残余纹波是由连接到输出的负载吸收的电流引起的。这是由平滑电解电容器的连续充电和放电阶段决定的。负载吸收的电流越低，电容器的电容越大，纹波越低。图 7 显示了纹波信号的放大图。它的幅度很低，即：

此时，计算其百分比很简单。

图 7：电源输出端的纹波信号

电流测量

现在让我们检查通过各个组件的电流。此信息非常有用，因为它允许您评估电子组件是正常工作还是在压力条件下工作，超出了制造商设置的工作限制。此信息可在www.datasheets.com上找到。要获取设备上的电流，只需在定义探头期间单击它即可。指针变成电流钳。下面的结果显示了电源图的一些电子元件中电流的通过：

I (R1) 是齐纳二极管的极化电阻：6.9 mA

I (Zener) 是通过齐纳二极管的电流：约 5 mA

I（发射极）是流过晶体管发射极的电流：240 mA

I (R2) 是流过负载的电流：240 mA

结论

PartSim 再次被证明是一款出色的模拟器，并提供了可靠和准确的结果。它是一种强大的工具，可用于在线创建具有各种可用组件的电气和电子电路。可以从头开始创建项目或导入以前构建的模型并添加许多其他组件。

审核编辑：汤梓红