線性穩壓電源是指調整管工作在線性狀態下時的直流穩壓電源，它是一種電源變換電路，也是電子系統的重要組成部分，其功能主要是為電子電路提供它所需要的電能。電子設備通常需要電壓穩定的直流電源對負載進行供電。線性穩壓電源被廣泛的應用于電子電路中，雖然各種新型的穩壓電路結構層出不窮，但線性穩壓電源卻始終是無法代替的。

一、線性直流穩壓電源的工作原理

1、普通電源的工作原理

現在隨著電子技術的高速發展，電子系統的應用領域也變得越來越廣泛，電子設備的種類也在逐漸的不斷更新、不斷增多，電子設備與人們日常的工作、生活的關系也是日益密切。任何的電子設備都離不開安全有效的電源，電源是一切電力電子設備的動力源，因此它被形象地稱之為電路的心臟。現在的生活中，各種高科技產品對電源的技術性能指標的要求更是越來越高。

電源通常可以分為交流電源和直流電源，它是任何電子設備都不可缺少的組成部分。直流電源又可分為兩類［8］，即：一類是能直接供給直流電流或電壓的，如電池、蓄電池、太陽能電池、硅光電池、生物電池等，；另一類是能將交流電變換成所需要的穩定的直流電流或電壓的，這類變換電路統稱為直流穩壓電源。

現代電子設備的電路中使用了大量的半導體器件，這些半導體一般需要幾伏到幾十伏的直流供電電源，以便于得到其正常工作時所必需的能源。現代電子設備中使用的直流穩壓電源主要分為兩大類：線性穩壓電源和開關性穩壓電源。

線性穩壓電源亦稱為直流線性穩壓電源，它的穩壓性能很好，而且輸出紋波很小，其缺點是需要使用體積和重量都比較大的工頻變壓器，而且穩定效率也比較低。開關型穩壓電源按照不同分類方式可以分成多種類型。按照其輸出是否調整元（開關元件）等構成的其他部分隔離，這種隔離可以分為非隔離型和隔離型兩類；按照開關元件的激勵方式，又可以將其分成自激勵和他激勵兩種類型；而按照電源的輸入，又可分為AC/DC和DC/DC兩種類型；按照開關元件的連接形式，可分成串聯型和并列型兩種類型。它的優點是效率高，體積小，重量輕，但卻存在著線路結構復雜、維修技術難度大等的一系列的缺點。

開關電源和線性電源的成本都隨著其輸出功率的增加而增長，但二者的增長速率各異。一般，當輸出功率較小時，線性電源的成本相對較低。但是，當線性電源成本在某一輸出功率點上時，反而高于開關電源，這一點稱為成本反轉點。

直流穩壓電源的發展方向：智能化、數字化、模塊化、綠色化［11］。20世紀末，各種有源濾波器和有源補償器的誕生也為21世紀批量生產各種綠色直流穩壓電源產品奠定了基礎。

線性直流穩壓電源的工作原理

線性穩壓電源是指調整管工作在線性狀態下的直流穩壓電源，是一種電源變換電路，是電子系統的重要組成部分，其功能是為電子電路提供它所需要的電能。

當接入220V/50Hz的市電后，先經過變壓器，將220V的交流高電壓轉換為低電壓輸出到整流橋，經過整流橋的整流作用輸出脈動較大的直流電，接入到濾波電路中，再利用儲能元件電容兩端的電壓不能突變的特性，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，最后得到平滑的輸出電壓。

線性直流穩壓電源設計指標

（1）電網調整率

它表示輸入電網電壓由額定值變化±10%時，穩壓電源輸出電壓的相對變化量，有時也以絕對值表示。一般穩壓電源的電網調整率等于或小于1%、0.1%，甚至0.01%。

（2）穩壓系數

穩壓系數有絕對穩壓系數和相對穩壓系數兩種。絕對穩壓系數表示負載不變時，

（4）紋波電壓

1）最大紋波電壓

在額定輸出電壓和負載電流下，輸出電壓的紋波（包括噪聲）的絕對值大小，通常以峰峰值或有效值表示。

2）紋波系數γ

二、電路的設計

1、直流穩壓電源的總體方框圖

2、穩壓電源模塊電路的設計

2.1、電源變壓器

電源變壓器是一個降壓變壓器，它將電網220V/Hz的交流電壓變換成符合需要的低交流電壓，并送給整流電路。變壓器的變壓比是初級電壓與次級電壓的比值，由變壓器的副邊輸出來電壓確定。

變壓器的主要參數有：

①變壓比：變壓器的變壓比是初級電壓與次級電壓的比值。

②額定功率：是變壓器在指定頻率和電壓下能連續工作而不超過規定溫升的輸出功率。

③效率：是輸出功率與輸入功率之比，它反映了變壓器的自身損耗。④空載電流：變壓器在工作電壓下次級空載時（次級電流為零），初級線圈流過的電流稱為空載電流。空載電流大的變壓器損耗大、效率低。

⑤絕緣電阻和抗電強度：絕緣電阻是指變壓器線圈之間、線圈與鐵心之間及引線之間的電阻。抗電強度是在規定的時間內變壓器可承受的電壓，它是變壓器特別是電源變壓器安全工作的重要參數。

電源變壓器Tr的作用是將電網220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的

2.2、整流電路

整流電路將交流電壓變換成脈動的直流電壓。再經濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓。常用的整流濾波電路有單相半波整流濾波、橋式整流濾波等。

半波整流：利用了二極管的單向導電性，只輸出交流成分中的正電壓部分，電路非常的簡單易行，所用的二極管的數量也很少。但是，由于它利用了交流電壓的半個周期，所以輸出電壓較低，交流分量大，效率低。故這種電路僅僅適用于整流電流較小，對脈動要求也不是很高的場所。

單相橋式整流電路：由四個二極管組成，其構成原則就是，保證在變壓器副邊電壓的整個周期內，負載上的電壓和電流的方向始終不發生變化。它實現了全波整流電路，將副邊輸出電壓的負半周期也充分利用了起來，所以在變壓器副邊電壓有效值相同的情況下，輸出電壓平均值是半波整流電路的兩倍。

因此，綜合考慮，本電路設計采用單相橋式整流電路。

當變壓器1端為正、2端為負時，二極管VD2和VD4承受正向電壓而導通，VD1和VD3承受反向電壓而截止。此時，變壓器1端通過VD4流經RL，再經過VD2返回至2端。當1端為負、2端為正時，二極管VD1和VD3導通，VD2和VD4截止，電流則由2端通過VD3流經RL，再經過VD1返回至1端。

2.3、濾波電路

濾波電路可以濾除整流電路輸出電壓中的大部分的交流成分，既而得到比較平滑的直流電壓。本電路為滿足其要求而選用電容濾波電路。各個濾波電容C均需滿足2/）5~3（*TCRL=，其中T為輸入交流信號的周期，RL為整流濾波電路的等效負載電阻。

2.4、穩壓電路

穩壓電路的功能是用以確保其輸出的直流電壓是穩定的，不隨著交流電網電壓和負載的變化而發生變化。它利用調節流過穩壓管自身的電流大小來滿足負載電流的改變，并與限流電阻配合將電流的變化轉換成電壓的變化以適應電網電壓的波動。常用的集成穩壓器有固定式三端穩壓器和可調式三端穩壓器兩種。本電路要求輸出±5V/1A，±12V/1A和±15V/1A。故選用固定式三端穩壓器LM7805CT，LM7905CT，LM7812CT，LM7912CT和LM7815CT，LM7915CT，電路的設計非常簡單，最簡的電路外接元件只需一個固定電阻和一只電位器即可，工作穩定，其芯片內有過渡、過熱和安全工作區保護，最大輸出電流也滿足要求。

3、電路參數計算

（2）確定電源變壓器副邊電壓、電流及功率。

輸出電流小于0.5A，輸出電壓小于12V，由上分析，可選購副邊電壓為16V，功率為8W的變壓器。

選整流二極管及濾波電容。

（3）因電路形式為橋式整流電容濾波，通過每個整流二極管的反峰電壓和工作電流求出濾波電容值。

（4）電阻的選擇

直流穩壓電源是做電子實驗的必備儀器。電子電路要能完成所具備的功能，都必須有直流電源為其提供能量。直流穩壓電源為電子電路提供電壓連續可調的直流電壓，同時還應具備電壓電流顯示、報警、過流保護等功能。還具有較多其它功能，例如：可用于各種老化的電子設備的維修，如老化的pCB板、家電、各類IT產品、CCFL、燈管等；適用于需要自動定時通、斷電，自動記周期數的電子老化元件的測試；電解電容器脈沖老練；電阻器，繼電器，馬達等測試老練；整機老練；電子元器件性能測試，例行試驗。直流穩壓電源還可以廣泛應用于特種、科研、大專院校、實驗室、工礦企業、電解、電鍍、直流電機、充電設備等。

另外，線性直流穩壓電源可用于手機和電腦的維修。在電腦的維修中，5V和12V的直接輸出是非常可靠的，而可調輸出在連接電路之前是一定要把電壓看好的，能不能工作不是重中之重，如果電壓太高了就會把電路燒掉了，那就不好了，而且還可能引發一系列的安全問題。而在手機的維修的過程中，因為在手機開機故障的判斷中，需要看開機電流的變化，所以最大用個1A的電流表就足夠了。

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