田中俊

基于Multisim的并聯(lián)阻容分壓器

田中俊

（棗莊學(xué)院 光電工程學(xué)院，山東 棗莊 277160）

利用虛擬仿真軟件Multisim構(gòu)建并聯(lián)阻容分壓電路，并對(duì)其瞬態(tài)特性進(jìn)行了研究．重點(diǎn)分析了當(dāng)分壓電路輸入高壓脈沖時(shí)，跳變沿的動(dòng)態(tài)特性，研究了分壓電路的不同電容值對(duì)輸出電壓的瞬態(tài)特性影響．通過(guò)利用Multisim對(duì)脈沖電壓的跳變特性仿真，總結(jié)出分壓電路阻容值大小對(duì)輸出脈沖電壓的影響，說(shuō)明Multisim軟件在研究動(dòng)態(tài)電路的分析及設(shè)計(jì)方面具有較好的應(yīng)用．

Multisim；阻容分壓器；動(dòng)態(tài)電路

分壓器是現(xiàn)場(chǎng)工頻交流高電壓和直流高電壓測(cè)量的主要設(shè)備．一般分壓器可利用電容器分壓或電阻器分壓，亦或者阻容結(jié)合分壓等．阻容分壓器結(jié)合電阻分壓器和電容分壓器的各自優(yōu)點(diǎn)，并在二者基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和發(fā)展，大大改善了響應(yīng)性能，是性能更加優(yōu)越的分壓器．利用阻容混合分壓的分壓器根據(jù)電路結(jié)構(gòu)一般分為串聯(lián)式阻容分壓器和并聯(lián)式阻容分壓器．在脈沖高壓強(qiáng)流測(cè)試裝置上，一般主要采用阻容分壓器[1-2]，其響應(yīng)性能已經(jīng)有了很大的改善，是更為優(yōu)越的分壓器．

串聯(lián)式阻容分壓電路可以減小電容回路電感，從而可以抑制分壓器的振蕩．因此，串聯(lián)式阻容分壓器也被稱為阻尼電容式分壓器，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性比一般純電容式分壓電路更加優(yōu)良．然而，由于電阻的串聯(lián)接入，阻容分壓器響應(yīng)速度不如電容式分壓器快．太大的阻尼電阻降低了響應(yīng)速度，當(dāng)串聯(lián)式阻容分壓器接入脈沖信號(hào)回路，輸出脈沖電壓的形成也會(huì)受到影響．反之，如果接入的阻尼電阻太小，卻又不能完全消除振蕩；另外，若分壓電路的低壓臂只有電容，相應(yīng)的起始上升時(shí)間會(huì)增大，這樣分壓器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性就不太好，在測(cè)量脈沖信號(hào)的邊沿特性時(shí)就會(huì)明顯表現(xiàn)出來(lái)．

并聯(lián)式阻容分壓電路是在電阻分壓器的電阻上增加并聯(lián)電容改進(jìn)而來(lái)，它的特點(diǎn)是分壓器的縱向電容增大了，從而分壓器上的電位分布得到了改善，電阻分壓器高壓電阻存在的對(duì)地雜散電容對(duì)分壓器的影響減小了，分壓器的響應(yīng)特性提高較大．阻容并聯(lián)式分壓器的幅頻特性好、線性度也比電阻分壓器高．由于阻容并聯(lián)分壓器工作頻帶范圍比較大，無(wú)論直流，還是工頻甚至沖擊電壓，幾乎所有試驗(yàn)電壓的范圍都覆蓋．

本文利用電路仿真和分析軟件Multisim開展阻容并聯(lián)分壓器瞬態(tài)性能研究．利用其延時(shí)閉合功能的開關(guān)，模擬動(dòng)態(tài)電路，同時(shí)用軟件研究換路瞬間電路電壓的變化和不同元器件參數(shù)對(duì)相應(yīng)輸出電壓的影響．驗(yàn)證了阻容并聯(lián)分壓器瞬態(tài)響應(yīng)特性[2-4]．

1 阻容并聯(lián)分壓器Multisim仿真

圖1 仿真電路模型

圖2 仿真結(jié)果

2　仿真結(jié)果分析

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所以

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所以

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即電路換路后跳變到一個(gè)比穩(wěn)態(tài)值大的值，然后再衰減到穩(wěn)態(tài)值（見圖2a）．

即電路換路后直接進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)（圖2b）．

即電路換路后跳變到一個(gè)比穩(wěn)態(tài)值小的值，然后再緩慢充電上升到穩(wěn)態(tài)值（見圖2c）．

3　仿真意義

分壓器是電壓測(cè)量的主要設(shè)備．而對(duì)于快前沿高壓脈沖信號(hào)，要求分壓器具有良好的響應(yīng)特性和穩(wěn)定性．由仿真結(jié)果可以看出，在電磁環(huán)境比較復(fù)雜的情況下，由于雜散電容和分布電容的存在[7-9]，分壓器的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)往往可以看做阻容并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，如果高壓臂和低壓臂阻容值選擇不當(dāng)，輸出電壓波形會(huì)有失真．在設(shè)計(jì)分壓器時(shí)，要設(shè)置合理的阻容參數(shù)，使得輸出如圖2b，即要求分壓器高壓臂電阻相比分壓器低壓臂上的電阻來(lái)說(shuō)要足夠大，分壓器高壓臂電容與分壓器低壓臂的電容相比要足夠?。?/p>

[1] 馬連英，曾正中．一種用于測(cè)量快前沿高壓脈沖的電阻分壓器[J]．電工電能新技術(shù)，2010（1）：58-59．

[2] 張仁豫，陳昌漁，王昌長(zhǎng)．高電壓試驗(yàn)技術(shù)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2006：100.

[3] 范世貴．電路基礎(chǔ)[M]．3版．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2007：256．

[4] 吳春林，吳凌燕，徐進(jìn)軍．基于Mlultisim的分壓電路研究[J]．儀表技術(shù)，2015（10）：37-39．

[5] 秦曾煌．電工學(xué)：上[M]．7版．北京：高等教育出版社，2009：94．

[6] 萬(wàn)欣，馮俊杰．低阻尼電容分壓器的分壓比影響因素分析[J]．水電能源科學(xué)，2018，36（7）：176-178．

[7] 藍(lán)海江．RC和RL一階電路全響應(yīng)的仿真分析[J]．廣西科技師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，34（6）：109-111．

[8] 蘇誠(chéng)彬，金貴紅，夏長(zhǎng)庚，等．基于極高頻率響應(yīng)帶寬的阻容串聯(lián)分壓器的過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究[J]．貴州電力技術(shù)，2017，20（3）：5-6．

[9] 董巍，葉子陽(yáng)，孫澤來(lái)，等．阻容分壓器高精度測(cè)量技術(shù)與試驗(yàn)[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2022，46（1）：328-330．

Parallel capacitance-resistance divider based on multisim

TIAN Zhongjun

（School of Opt- Electronic Engineering，Zaozhuang University，Zaozhuang 277160，China）

A shunt resistance-capacitance voltage divider is constructed by using Multisim，and its transient characteristics are studied．The dynamic characteristics of the jump edge is analyzed when high voltage pulse is input into the voltage divider，and the influence of different capacitance values on the transient characteristics of the output voltage is studied．Based on the simulation of the jump characteristics of the pulse voltage by Multisim，the influence of the resistance and capacitance of the divider circuit on the output pulse voltage is summarized．It shows that Multisim has a good application in the analysis and design of dynamic circuits．

Multisim；capacitance-resistancedivider；dynamic circuit

1007-9831（2022）10-0044-04

TP391

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.10.009

2022-04-02

棗莊市科學(xué)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2020GX10）

田中?。?974-），男，山東滕州人，副教授，博士，從事測(cè)控技術(shù)研究．E-mail：wlxt@uzz.edu.cn（tzj9988@163.com）