线性稳压电源结构的设计与仿真

一、介绍

线性稳压电源是一种通过晶体管或场效应管工作在线性放大区，从而改变和控制输出电压和电流的电源设备。它利用负反馈原理，通过检测输出电压并与基准电压进行比较，然后调整晶体管或场效应管的导通程度，使输出电压保持稳定。

二、结构

线性稳压电源的组成结构确实可以概括为变压、整流、滤波和稳压四个主要部分。下面是对这四个部分的详细介绍：

1.变压部分

功能：变压部分的主要作用是将交流电网电压（如家庭常用的220V, 50Hz交流电）转换成所需的交流电压。这一过程通常由电源变压器完成，变压器具有两个或两个以上的绕组，其中连接到交流电源的绕组称为初级绕组，其余的绕组称为次级绕组。初级绕组和次级绕组在电气上是绝缘的，因此在改变电压幅度的同时，也实现了与电网的电气隔离。

特点：电源变压器也被称为工频变压器，其工作频率为50Hz或60Hz，体积相对较大且笨重。除了传统的铁芯变压器外，现代设计中也可能采用其他形式的变压技术，如电容降压等，但这些通常用于特定场合且不是主流。

2.整流部分

功能：整流部分的作用是将交流电压转换成直流电压。这一过程通过具有单向导电性能的半导体二极管实现，将正负交替的正弦交流电压变换为单向的脉动直流电压。整流电路通常有半波整流、全波整流和桥式整流等多种形式，其中桥式整流最为常用，因为它能够提供更高的整流效率和更平滑的直流输出电压。

特点：整流电路输出的脉动直流电压虽然包含直流成分，但也含有较大的交流成分，因此不能直接用于电子电路。此外，整流二极管在正向导通时会有一定的压降，这也会影响输出电压的大小。

3.滤波部分

功能：滤波部分的主要作用是将整流电路输出的脉动直流电压中的交流成分滤除，使其变成比较平滑的直流电压。滤波电路通常由电抗组件（如电容器、电感器等）组成，它们与负载电阻并联或串联，以滤除电压中的纹波。

特点：滤波电路的设计取决于所需的滤波效果和成本考虑。电容滤波电路简单且成本低，适用于中小功率场合；而电感滤波电路和阻容滤波电路则能提供更好的滤波效果，但成本也相对较高。

4.稳压部分

功能：稳压部分是线性稳压电源的核心部分，它能够在电网电压、负载电流、环境温度等发生变化时自动调节电路参数，使电源的输出电压保持恒定。稳压电路通常由调整管、基准电压源、取样电路和误差放大器等组成。

特点：稳压电路通过负反馈原理工作，当输出电压因某种原因偏离设定值时，取样电路会检测到这个变化并将其送入误差放大器进行比较放大。误差放大器产生的控制信号会调整调整管的导通程度，从而改变输出电压使其回到设定值。由于调整管串联在输入电压和输出电压之间，因此这种稳压电源也称为串联稳压电源。

综上所述，线性稳压电源通过变压、整流、滤波和稳压四个部分的协同工作实现了将交流电网电压转换为稳定直流电压的功能。这四个部分各有其独特的功能和特点，在电源设计中起着至关重要的作用。

三、PowerExpert 仿真案例分析

使用巨霖的PowerExpert搭建线性稳压电源结构，下图为稳压子电路：

下图为仿真电路：

仿真结果如下：

综上可知：巨霖的PowerExpert具有丰富的元器件库，高仿真精度，精确模拟电路状态，保障了线性稳压电路的高精度结构设计。

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