一、线性电源概述

在电子设备的供电系统中，线性电源是一种经典且广泛应用的电源类型。它以其结构简单、输出纹波小、稳定性高等特点，在许多对电源质量要求较高的场合发挥着重要作用。捷配PCB作为电子制造的重要环节，与线性电源的生产制造密切相关。

二、线性电源的基本组成

（一）电源变压器

电源变压器是线性电源的重要组成部分。它的主要作用是将市电（通常是220V/50Hz或其他标准电压）转换为适合后续电路工作的较低电压。例如，对于一些需要12V直流电的设备，电源变压器可以将市电转换为合适的交流低电压，如15V左右。电源变压器的工作原理基于电磁感应定律，通过初级绕组和次级绕组的匝数比来实现电压的变换。

（二）整流电路

整流电路的任务是将电源变压器输出的交流电转换为直流电。常见的整流方式有半波整流和全波整流。半波整流电路只利用了交流电的半个周期，其结构简单，但输出电压的脉动较大，效率较低。全波整流电路则利用了整个交流电周期，输出电压的脉动相对较小，效率较高。在实际应用中，桥式整流电路是常用的全波整流电路之一，它由四个组成，能够将输入的交流电转换为脉动直流电。

（三）滤波电路

滤波电路的作用是进一步平滑整流后的脉动直流电，减少其中的交流成分，使输出电压更加稳定。常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和LC滤波等。电容滤波是简单的一种滤波方式，它利用的充放电特性，在脉动直流电的峰值时充电，在谷值时放电，从而平滑电压波形。电感滤波则是利用电感的感抗特性，对交流成分进行阻碍，使直流成分顺利通过。LC滤波结合了电容和电感的优点，能够提供更好的滤波效果。

（四）稳压电路

稳压电路是线性电源的部分，它的作用是保持输出电压的稳定。当输入电压或负载发生变化时，稳压电路能够自动调整输出电压，使其保持在设定的范围内。常见的稳压电路有稳压电路、线性稳压器稳压电路等。稳压二极管稳压电路结构简单，成本低，但稳压精度较低，适用于对电压稳定性要求不高的场合。线性稳压器稳压电路则具有较高的稳压精度和较好的负载调整率，广泛应用于各种电子设备中。

三、线性电源的工作过程

（一）交流输入与变压器降压

当线性电源接入市电时，电源变压器首先对输入的交流电进行降压处理。例如，若输入市电为220V/50Hz，经过电源变压器后，次级绕组输出的交流电压可能降低到15V左右。这个过程是基于变压器的电磁感应原理，通过改变初级绕组和次级绕组的匝数比来实现电压的变换。

（二）整流

电源变压器输出的交流电随后进入整流电路。以桥式整流电路为例，当交流电的正半周到来时，电流通过两个二极管形成回路，向负载供电；当交流电的负半周到来时，电流通过另外两个二极管形成回路，同样向负载供电。这样，就将交流电转换为脉动直流电。

（三）滤波

整流后的脉动直流电含有较大的交流成分，需要经过滤波电路进行平滑处理。电容滤波是常用的方式之一，在整流电路的输出端并联一个大容量的。当脉动直流电的电压升高时，电容充电；当电压降低时，电容放电，从而平滑了电压波形，使输出电压更加接近直流。

（四）稳压

经过滤波后的直流电虽然脉动较小，但仍然会随着输入电压的变化或负载的变化而波动。此时，稳压电路发挥作用。以线性稳压器为例，它通过内部的调整管和取样电路来监测输出电压。当输出电压发生变化时，取样电路将信号反馈给调整管，调整管的导通电阻会相应改变，从而调整输出电压，使其保持稳定。

四、线性电源的优点

（一）输出纹波小

线性电源的输出纹波系数通常比开关电源小得多。这是因为线性电源的工作过程是连续的，没有高频开关动作产生的尖峰脉冲和电磁干扰。因此，线性电源特别适合对电源质量要求较高的场合，如音频放大器、精密测量仪器等。

（二）稳定性高

线性电源的稳压精度较高，能够在较宽的输入电压范围和负载变化范围内保持输出电压的稳定。这是由于线性稳压器能够实时监测输出电压，并通过调整管的导通电阻进行调整。

（三）电路简单

线性电源的电路结构相对简单，主要由变压器、整流器、滤波器和稳压器组成。相比于开关电源复杂的电路拓扑结构和控制电路，线性电源的设计和制造更加容易，成本也相对较低。

五、线性电源的缺点

（一）效率低

线性电源的效率通常较低，一般在30% - 60%之间。这是因为在稳压过程中，调整管需要消耗一部分功率来维持输出电压的稳定。当输入电压与输出电压相差较大时，调整管的功耗会更大，导致效率降低。

（二）体积大、重量重

由于线性电源需要使用较大的变压器和滤波电容来实现电压变换和滤波，因此其体积和重量相对较大。这对于一些对空间和重量要求较高的应用场合来说是一个缺点。

六、线性电源的应用领域

线性电源由于其输出纹波小、稳定性高的特点，在许多领域都有广泛的应用。例如，在音频设备中，线性电源能够提供纯净的直流电，减少音频信号的失真；在实验室仪器中，线性电源能够为精密测量提供稳定的电源支持；在一些对电源质量要求较高的工业控制系统中，线性电源也发挥着重要作用。