1.1　線性電源的組成與工作原理

1.1.1　線性穩壓電源的組成

線性穩壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四部分組成，其結構如圖1-1-1所示。

電源變壓器將來自電網的交流輸入電壓（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，實現了與電網電氣隔離的作用。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導電性能的半導體二極管，將正負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，當電網的交流電壓或者電源的負載電流變化時，濾波后的直流電壓也將發生變化。要想得到恒定的輸出電壓，還需要加入穩壓電路。

穩壓電路能夠在電網電壓、負載電流、環境溫度等發生變化時，自動調節電路參數，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值。

1.1.2　線性穩壓電源的工作原理

線性穩壓電源的穩壓電路結構與等效電路如圖1-1-2所示，其中圖（a）為結構框圖，圖（b）為等效電路。圖中，VT被稱為調整管，其作用可等效為可變電阻R。VD_Z為穩壓二極管，用于產生基準電壓（也稱參考電壓）U_REF。R₂和R₃被稱為取樣電阻，它們用來檢測輸出電壓U_O，并分壓產生反饋電壓U_F。EA為誤差放大器，它可將反饋電壓U_F與基準電壓U_REF進行比較放大，從而控制調整管的導通情況。R_L為負載電阻。

當某種原因（例如負載電流增加）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與基準電壓U_REF進行比較放大，其輸出電壓U_C將升高，這將使調整管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保持穩定值。

通過圖（b）的等效電路，也可以換一種方法來解釋穩壓原理。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，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是由調整管VT等效的可變電阻，當電路檢測到U_O升高時，會自動控制調整管VT的導通情況，使等效的電阻R變大，從而使輸出電壓U_O保持不變。

線性穩壓電源的輸出電壓U_O低于輸入電壓U_I，屬于降壓式穩壓電源。線性穩壓電源具有響應速度快、輸出紋波小、噪聲低的特點，廣泛應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，不利于節能環保，在眾多應用領域正在被開關電源取代。