線性穩(wěn)壓電源是指調整管工作在線性狀態(tài)下時的直流穩(wěn)壓電源，它是一種電源變換電路，也是電子系統(tǒng)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(wěn)定的直流電源對負載進行供電。線性穩(wěn)壓電源被廣泛的應用于電子電路中，雖然各種新型的穩(wěn)壓電路結構層出不窮，但線性穩(wěn)壓電源卻始終是無法代替的。

一、線性直流穩(wěn)壓電源的工作原理

1、普通電源的工作原理

現(xiàn)在隨著電子技術的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)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?nèi)粘５墓ぷ鳌⑸畹年P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”?，F(xiàn)在的生活中，各種高科技產(chǎn)品對電源的技術性能指標的要求更是越來越高。

電源通?？梢苑譃榻涣麟娫春椭绷麟娫?，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(wěn)定的直流電流或電壓的，這類變換電路統(tǒng)稱為直流穩(wěn)壓電源。

現(xiàn)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?，F(xiàn)代電子設備中使用的直流穩(wěn)壓電源主要分為兩大類：線性穩(wěn)壓電源和開關性穩(wěn)壓電源。

線性穩(wěn)壓電源亦稱為直流線性穩(wěn)壓電源，它的穩(wěn)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(wěn)定效率也比較低。開關型穩(wěn)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(lián)型和并列型兩種類型。它的優(yōu)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(wěn)壓電源的發(fā)展方向：智能化、數(shù)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(chǎn)各種綠色直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)品奠定了基礎。

線性直流穩(wěn)壓電源的工作原理

線性穩(wěn)壓電源是指調整管工作在線性狀態(tài)下的直流穩(wěn)壓電源，是一種電源變換電路，是電子系統(tǒng)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(jīng)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(jīng)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(wěn)壓電源設計指標

（1）電網(wǎng)調整率

它表示輸入電網(wǎng)電壓由額定值變化±10%時，穩(wěn)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(wěn)壓電源的電網(wǎng)調整率等于或小于1%、0.1%，甚至0.01%。

（2）穩(wěn)壓系數(shù)

穩(wěn)壓系數(shù)有絕對穩(wěn)壓系數(shù)和相對穩(wěn)壓系數(shù)兩種。絕對穩(wěn)壓系數(shù)表示負載不變時，線性直流穩(wěn)壓電源電路設計方案詳解

（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(shù)γ

二、電路的設計

1、直流穩(wěn)壓電源的總體方框圖

2、穩(wěn)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(wǎng)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(shù)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(xù)工作而不超過規(guī)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?？蛰d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?？闺姀姸仁窃谝?guī)定的時間內(nèi)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(shù)。

電源變壓器Tr的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的線性直流穩(wěn)壓電源電路設計方案詳解

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(jīng)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(shù)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(nèi)，負載上的電壓和電流的方向始終不發(fā)生變化。它實現(xiàn)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(jīng)RL，再經(jīng)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(jīng)RL，再經(jīng)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(wěn)壓電路

穩(wěn)壓電路的功能是用以確保其輸出的直流電壓是穩(wěn)定的，不隨著交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而發(fā)生變化。它利用調節(jié)流過穩(wěn)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(wǎng)電壓的波動。常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器和可調式三端穩(wěn)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(wěn)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(wěn)定，其芯片內(nèi)有過渡、過熱和安全工作區(qū)保護，最大輸出電流也滿足要求。

3、電路參數(shù)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(wěn)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(wěn)壓電源為電子電路提供電壓連續(xù)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(chǎn)品、CCFL、燈管等；適用于需要自動定時通、斷電，自動記周期數(shù)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(wěn)壓電源還可以廣泛應用于國防、科研、大專院校、實驗室、工礦企業(yè)、電解、電鍍、直流電機、充電設備等。

另外，線性直流穩(wěn)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?？煽康模烧{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(fā)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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