直流线性电源的工作原理是什么 如何构建自己的电源系统

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直流线性电源是一种将交流电压转换为稳定的稳压直流电压的电路,无需任何开关或数字电路。这使得电路既易于理解又易于构建。     在本指南中,您将了解直流线性电源的工作原理以及如何构建自己的电源。

电源系统

线性电源有什么作用?

线性电源将交流电转换为直流电,并为您提供稳定的直流电压输出。 交流电压周期性地改变其极性和幅度,而直流电压是稳定的并且极性保持恒定。 以下是交流和直流电压信号的简单比较:

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墙上的电源插座提供交流电压。但大多数设备(例如手机或笔记本电脑)需要直流电压才能工作。 这就是充电器或直流壁式适配器存在的原因;它们将交流电压转换为直流电压并降低电压,使您可以通过任何墙壁插座为设备供电。这些墙壁适配器是小型电源。 要构建线性电源,您需要以下组件:

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变压器:墙壁插座输出的交流电压较高,如 110/220 V AC。因此,首先要做的就是将其转换为幅度较低的信号。这是通过使用称为变压器r的组件来实现的。

整流器:交流电压经过变换后,会通过整流器。整流器通过仅允许电流沿一个方向流动并消除交流波形的负部分,将交流电压转换为脉动直流电压。

滤波器:整流后,使用滤波器来平滑并最小化脉动直流电压。通常,由于电容器具有存储能量的能力,因此在这种滤波电路中使用电容器。

稳压器:为了有稳定的直流电压值输出,需要稳压器。它确保恒定且稳定的直流电压输出,补偿负载或输入电压的波动。

变压器

变压器是由两个线圈组成的组件,线圈绕在磁芯上。当交流电流流过初级绕组时,会产生变化的磁场,从而在次级绕组中感应出电流。每个绕组中的线匝数决定了衰减或放大系数。例如,您可以通过选择合适的变压器将 110 V AC 转换为 12 V AC。
  看一下变压器的结构和符号:

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整流器

整流步骤是将交流电转换为直流电的关键部分,因为它消除了交流信号的负半周期。作为整流器,您可以使用二极管电桥。查看二极管电桥电路及其对交流信号的作用,如下所示:

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电容滤波器

一旦从整流器获得脉动直流信号,您可以通过将电容器用作滤波器来平滑它。要构建这个滤波器,您只需在二极管电桥的正极和负极端子之间连接一个电容器。 电容器将随着整流电压的升高而充电,并随着整流电压的降低而释放其电荷。请观察下面的这种行为。

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您可以看到,即使应用了滤波器,交流信号也不是 100% 稳定,它仍然有一些小的幅度变化。这种效应称为波纹。电容器电容越大,纹波越低。

电压调节器

一旦获得直流电压,有多种方法可以将其调节至所需值。例如,您可以使用齐纳二极管,或者可以实现专用稳压器电路,例如 LM78xx 系列的器件。 假设您想要将电容器滤波器之后的电压调节至 5V,为此,您需要使用 LM78xx 系列,即 LM7805。

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正如您所看到的,该电压调节器非常易于使用。它通常具有输入引脚 (Vin)、输出引脚 (Vout) 和接地引脚 (GND)。输入引脚必须连接到输入电压的正极端子以进行调节,而输出引脚则连接到负载。接地引脚必须连接到电路的公共地。 另外,(@电路一点通)建议在输入和输出引脚上添加电容器,以减少纹波和噪声。 把所有这些放在一起,你最终会得到这个电路:

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构建直流线性电源

现在您已经了解了直流线性电源的工作原理,是时候看看如何构建一个电源了! 请记住,使用高压工作可能很危险。避免触电是一回事,但您还需要使用适当的电线厚度和间距以避免火灾风险。

第 1 步:连接变压器

首先要做的是给变压器接线。我的墙上插座有 127V 交流电,所以我使用了为此设计的变压器。使用的是中心抽头变压器 127 V AC / 18 V AC。

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中心抽头变压器有一个次级绕组,中间有一个中心抽头。该设计允许通过单个变压器配置实现多个电压电平。例如,获取+9V、0V和-9V。 对于该电路,我仅使用了 9V 交流输出之一。

第 2 步:添加二极管桥

对于整流器,(关注公众号@电路一点通)使用了二极管电桥 W02M,它在其紧凑的机身内具有必要的二极管布置。 该装置有四个端子,两个用于接收交流电压,两个用于输出脉动直流信号。请参阅下面的连接。

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第三步:用电容器过滤整流电压

为了平滑脉动直流电压,您已经知道需要使用一个简单的电解电容器。电路一点通 在本例中,使用了 1000 uF 电容器。检查一下它的接线:

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第四步:调节直流电压

此时1000uF电容的输出电压为9V DC。为了将电压调节至 5V,本示例使用 LM7805 稳压器。 LM7805数据表建议在输入端和输出端放置两个分别为0.33uF和0.1uF的陶瓷电容。 此外,您还可以看到绿色 LED 如何连接到 5V 输出,只是为了说明该直流线性电源的工作原理。

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编辑:黄飞

 

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