線性電源的組成與工作原理

線性穩(wěn)壓電源的組成

線性穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1-1-1所示。

圖1-1-1線性穩(wěn)壓電源的組成框圖

電源變壓器將來自電網(wǎng)的交流輸入電壓（例如220V，50Hz）變換為較低的交流電壓（例如9V、12V、15V等）。電源變壓器通常有兩個或兩個以上的繞組，其中接交流電源的繞組叫初級繞組，其余的繞組叫次級繞組。初級繞組和次級繞組在電氣上是絕緣的，因此，電源變壓器在電壓幅度變換的同時，實現(xiàn)了與電網(wǎng)電氣隔離的作用。電源變壓器也稱為工頻變壓器，其工作頻率為50Hz或60Hz，體積較大，比較笨重。

整流電路是通過具有單向?qū)щ娦阅艿?a target="_blank">半導(dǎo)體二極管，將正負(fù)交替的正弦交流電壓變換為單向的脈動直流電壓。整流電路通常選用由4只二極管組成的橋式整流器件，簡稱整流橋。整流電路輸出的脈動直流電壓含有很大的交流成分，不能直接供電子電路使用。需要在整流電路之后連接濾波電路。

在中小功率線性電源中通常采用電容濾波電路，將濾波電容直接并聯(lián)在整流電路的輸出端即可組成電容濾波電路。濾波電路能夠濾除脈動直流電壓中大部分的交流成分，使其變成比較平滑的直流電壓。雖然濾波后的直流電壓比較平滑，但還是有一定的紋波電壓。并且，當(dāng)電網(wǎng)的交流電壓或者電源的負(fù)載電流變化時，濾波后的直流電壓也將發(fā)生變化。要想得到恒定的輸出電壓，還需要加入穩(wěn)壓電路。

穩(wěn)壓電路能夠在電網(wǎng)電壓、負(fù)載電流、環(huán)境溫度等發(fā)生變化時，自動調(diào)節(jié)電路參數(shù)，使電源的輸出電壓保持恒定。并且可以將輸出電壓的紋波降低到很小的數(shù)值。

小貼示

穩(wěn)壓電路才是穩(wěn)壓電源的核心部分。

線性穩(wěn)壓電源的工作原理

線性穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)與等效電路如圖1-1-2所示，其中圖（a）為結(jié)構(gòu)框圖，圖（b）為等效電路。圖中，VT被稱為調(diào)整管，其作用可等效為可變電阻R。VD Z 為穩(wěn)壓二極管，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓（也稱參考電壓）U REF 。R 2 和R 3 被稱為取樣電阻，它們用來檢測輸出電壓U O ，并分壓產(chǎn)生反饋電壓U F 。EA為誤差放大器，它可將反饋電壓U F 與基準(zhǔn)電壓U REF 進(jìn)行比較放大，從而控制調(diào)整管的導(dǎo)通情況。R L 為負(fù)載電阻。

圖1-1-2

當(dāng)某種原因（例如負(fù)載電流增加）造成輸出電壓U O 降低時，反饋電壓U F 也隨之降低。誤差放大器EA將反饋電壓U F 與基準(zhǔn)電壓U REF 進(jìn)行比較放大，其輸出電壓U C 將升高，這將使調(diào)整管VT的基極電流增大，等效電阻R減小，引起輸出電壓U O 回升，最終使輸出電壓U O 保持穩(wěn)定值。

通過圖（b）的等效電路，也可以換一種方法來解釋穩(wěn)壓原理。例如某種原因造成輸入電壓U I 升高時，由于R與R L 串聯(lián)，如果R為固定電阻，必然使輸出電壓U O 也跟著升高。但是，這里的R是由調(diào)整管VT等效的可變電阻，當(dāng)電路檢測到U O 升高時，會自動控制調(diào)整管VT的導(dǎo)通情況，使等效的電阻R變大，從而使輸出電壓U O 保持不變。

小貼示

由于調(diào)整管VT串聯(lián)在輸入電壓U I 與輸出電壓U O 之間，因此這種穩(wěn)壓電源也稱為串聯(lián)穩(wěn)壓電源。

線性穩(wěn)壓電源的輸出電壓U O 低于輸入電壓U I ，屬于降壓式穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源具有響應(yīng)速度快、輸出紋波小、噪聲低的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種電子線路中。但是，由于線性電源的體積較大，效率較低，不利于節(jié)能環(huán)保，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域正在被開關(guān)電源取代。

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