多路線性電源的模塊化儀器設計與制作

◎劉彬瑤 李彬 冀楠

研制了模塊化的線性電源，實現了低紋波供電和多路電源供電，并通過實驗驗證了研制儀器的有效性和可靠性。儀器以LT1083作為線性電源的核心控制芯片，通過實驗測試，交流紋波較低，研究成果高敏感度電源需求的電路應用提供參考。

引言：線性電源與傳統的開關電源相比，具有紋波系數低、干擾噪聲小等優點，適用于對供電精度要求較高的精密電路。目前廣泛應用于科研機構、高校、企業等領域的線性電源通常不超過四路供電，很多線性電源儀器只有一路或者兩路供電，對于一些集散式電路具有一定的使用不便。多路線性電源雖然可以滿足多路供電需求，但通常存在體積大、成本高等缺點，以四路供電的線性電源儀器為例，價格可達到數千元甚至上萬元，不利于實驗研究和科研教學。

綜上，多路線性電源儀器最高可提供八路供電，使用多路輸出的共用變壓器，采用可插拔的模塊化設計，大大縮小了儀器體積，同時也降低了儀器成本。儀器不僅能夠滿足高校實驗室的實驗需求，也具有較高的商業價值，因此，研制模塊化設計、低紋波、高性能價格比、高穩定度、數字顯示的多路線性穩壓電源，具有重要的現實意義。

一、設計方案與器件選型

供電電源的穩定性至關重要，不穩定的電源不僅會帶來較大的噪聲，降低檢測系統的靈敏度，嚴重時還可能會損壞激光器。因此，本文中自主研制了電源模塊，如圖1所示，系統中使用四種電壓進行供電，分別為±5 V和±12 V，系統中激光器驅動部分共使用±5 V和12 V三種電源電壓，圖1中的電源為±12 V，系統中使用的±5 V電源與其外觀一致。

電源模塊的電路原理圖如圖1所示，該電源屬于線性電源。圖中，變壓器輸出交流電經過整流橋芯片D2和D7進行全波整流，再通過電解電容C2、C4、C13和C14進行濾波，然后通過Linear公司的低壓差三端穩壓芯片LT1083輸出系統的直流供電電壓，LT1083芯片根據輸出電壓的方式，分為可調電壓和固定電壓兩種類型。系統中選用可調型LT1083，電路中對R3和R5、R10和R11的電阻值分別配置，就可以得到電路中兩路輸出電壓。圖中的電路為±12 V電壓，±5 V電路的原理圖與其一致，只是變壓器輸入電壓和配置輸出電壓的電阻阻值不同。

圖1 制作的低紋波線性穩壓電源實物圖，±12 V雙路輸出電壓

二、交流紋波測試

線性電源具有交流紋波低、電壓穩定性高的優點。系統中沒有采用常見的開關電源，原因在于開關電源的紋波較大，在激光器溫控系統中，開關電源的噪聲會對激光器溫度進行設定的溫度設定電壓造成影響，使激光器溫度隨之受到波動，導致輸出光譜漂移。因此，盡管開關電源具有轉換效率高、體積小等優點，系統中還是采用了低紋波線性電源作為系統供電電源，以滿足實驗要求。使用示波器對線性電源的交流紋波進行檢測，如圖2所示，可見交流紋波在5～6 mV左右，開關電源的紋波通常在幾十毫伏左右。

圖2 交流紋波測試

結論：本文研制了基于LT1083的線性電源電路，并開展了模塊化設計和多路輸出供電測試。通過實驗驗證了電路的有效性，研究成果可進一步優化，為低成本、高可靠性的供電電源方案提供參考設計。