一、線性電源概述

在電子設(shè)備的供電系統(tǒng)中，線性電源是一種經(jīng)典且廣泛應(yīng)用的電源類型。它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出紋波小、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，在許多對(duì)電源質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合發(fā)揮著重要作用。捷配PCB作為電子制造的重要環(huán)節(jié)，與線性電源的生產(chǎn)制造密切相關(guān)。

二、線性電源的基本組成

（一）電源變壓器

電源變壓器是線性電源的重要組成部分。它的主要作用是將市電（通常是220V/50Hz或其他標(biāo)準(zhǔn)電壓）轉(zhuǎn)換為適合后續(xù)電路工作的較低電壓。例如，對(duì)于一些需要12V直流電的設(shè)備，電源變壓器可以將市電轉(zhuǎn)換為合適的交流低電壓，如15V左右。電源變壓器的工作原理基于電磁感應(yīng)定律，通過(guò)初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的匝數(shù)比來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的變換。

（二）整流電路

整流電路的任務(wù)是將電源變壓器輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。常見(jiàn)的整流方式有半波整流和全波整流。半波整流電路只利用了交流電的半個(gè)周期，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出電壓的脈動(dòng)較大，效率較低。全波整流電路則利用了整個(gè)交流電周期，輸出電壓的脈動(dòng)相對(duì)較小，效率較高。在實(shí)際應(yīng)用中，橋式整流電路是常用的全波整流電路之一，它由四個(gè)二極管組成，能夠?qū)⑤斎氲慕涣麟娹D(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電。

（三）濾波電路

濾波電路的作用是進(jìn)一步平滑整流后的脈動(dòng)直流電，減少其中的交流成分，使輸出電壓更加穩(wěn)定。常見(jiàn)的濾波電路有電容濾波、電感濾波和LC濾波等。電容濾波是簡(jiǎn)單的一種濾波方式，它利用電容器的充放電特性，在脈動(dòng)直流電的峰值時(shí)充電，在谷值時(shí)放電，從而平滑電壓波形。電感濾波則是利用電感的感抗特性，對(duì)交流成分進(jìn)行阻礙，使直流成分順利通過(guò)。LC濾波結(jié)合了電容和電感的優(yōu)點(diǎn)，能夠提供更好的濾波效果。

（四）穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓電路是線性電源的部分，它的作用是保持輸出電壓的穩(wěn)定。當(dāng)輸入電壓或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，穩(wěn)壓電路能夠自動(dòng)調(diào)整輸出電壓，使其保持在設(shè)定的范圍內(nèi)。常見(jiàn)的穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路、線性穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路等。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但穩(wěn)壓精度較低，適用于對(duì)電壓穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合。線性穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路則具有較高的穩(wěn)壓精度和較好的負(fù)載調(diào)整率，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。

三、線性電源的工作過(guò)程

（一）交流輸入與變壓器降壓

當(dāng)線性電源接入市電時(shí)，電源變壓器首先對(duì)輸入的交流電進(jìn)行降壓處理。例如，若輸入市電為220V/50Hz，經(jīng)過(guò)電源變壓器后，次級(jí)繞組輸出的交流電壓可能降低到15V左右。這個(gè)過(guò)程是基于變壓器的電磁感應(yīng)原理，通過(guò)改變初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的匝數(shù)比來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的變換。

（二）整流

電源變壓器輸出的交流電隨后進(jìn)入整流電路。以橋式整流電路為例，當(dāng)交流電的正半周到來(lái)時(shí)，電流通過(guò)兩個(gè)二極管形成回路，向負(fù)載供電；當(dāng)交流電的負(fù)半周到來(lái)時(shí)，電流通過(guò)另外兩個(gè)二極管形成回路，同樣向負(fù)載供電。這樣，就將交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電。

（三）濾波

整流后的脈動(dòng)直流電含有較大的交流成分，需要經(jīng)過(guò)濾波電路進(jìn)行平滑處理。電容濾波是常用的方式之一，在整流電路的輸出端并聯(lián)一個(gè)大容量的電解電容。當(dāng)脈動(dòng)直流電的電壓升高時(shí)，電容充電；當(dāng)電壓降低時(shí)，電容放電，從而平滑了電壓波形，使輸出電壓更加接近直流。

（四）穩(wěn)壓

經(jīng)過(guò)濾波后的直流電雖然脈動(dòng)較小，但仍然會(huì)隨著輸入電壓的變化或負(fù)載的變化而波動(dòng)。此時(shí)，穩(wěn)壓電路發(fā)揮作用。以線性穩(wěn)壓器為例，它通過(guò)內(nèi)部的調(diào)整管和取樣電路來(lái)監(jiān)測(cè)輸出電壓。當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，取樣電路將信號(hào)反饋給調(diào)整管，調(diào)整管的導(dǎo)通電阻會(huì)相應(yīng)改變，從而調(diào)整輸出電壓，使其保持穩(wěn)定。

四、線性電源的優(yōu)點(diǎn)

（一）輸出紋波小

線性電源的輸出紋波系數(shù)通常比開(kāi)關(guān)電源小得多。這是因?yàn)榫€性電源的工作過(guò)程是連續(xù)的，沒(méi)有高頻開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的尖峰脈沖和電磁干擾。因此，線性電源特別適合對(duì)電源質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合，如音頻放大器、精密測(cè)量?jī)x器等。

（二）穩(wěn)定性高

線性電源的穩(wěn)壓精度較高，能夠在較寬的輸入電壓范圍和負(fù)載變化范圍內(nèi)保持輸出電壓的穩(wěn)定。這是由于線性穩(wěn)壓器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)輸出電壓，并通過(guò)調(diào)整管的導(dǎo)通電阻進(jìn)行調(diào)整。

（三）電路簡(jiǎn)單

線性電源的電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要由變壓器、整流器、濾波器和穩(wěn)壓器組成。相比于開(kāi)關(guān)電源復(fù)雜的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制電路，線性電源的設(shè)計(jì)和制造更加容易，成本也相對(duì)較低。

五、線性電源的缺點(diǎn)

（一）效率低

線性電源的效率通常較低，一般在30% - 60%之間。這是因?yàn)樵诜€(wěn)壓過(guò)程中，調(diào)整管需要消耗一部分功率來(lái)維持輸出電壓的穩(wěn)定。當(dāng)輸入電壓與輸出電壓相差較大時(shí)，調(diào)整管的功耗會(huì)更大，導(dǎo)致效率降低。

（二）體積大、重量重

由于線性電源需要使用較大的變壓器和濾波電容來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓變換和濾波，因此其體積和重量相對(duì)較大。這對(duì)于一些對(duì)空間和重量要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)是一個(gè)缺點(diǎn)。

六、線性電源的應(yīng)用領(lǐng)域

線性電源由于其輸出紋波小、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。例如，在音頻設(shè)備中，線性電源能夠提供純凈的直流電，減少音頻信號(hào)的失真；在實(shí)驗(yàn)室儀器中，線性電源能夠?yàn)榫軠y(cè)量提供穩(wěn)定的電源支持；在一些對(duì)電源質(zhì)量要求較高的工業(yè)控制系統(tǒng)中，線性電源也發(fā)揮著重要作用。