Tipi di alimentatori più comuni

Basic types of power supplies based on different design principles:

Linear power supplies

Linear regulated power supplies provide highly constant output voltage, low ripple and noise and fast regulation, even with high line and load transients. They produce significantly less electromagnetic interference than switchedmode power supplies. A conventional mains transformer isolates the power-line from the secondary circuits (output stages). It is followed by a rectifier that supplies the unregulated voltage to a series actuator. Capacitors at the input and output of the regulator circuit serve as buffers and decrease the ripple.

A high precision reference voltage controls the analog output amplifier. This amplifier is generally fast and allows very short recovery times for load changes.

R&S Essentials linear power supplies: R&S®NGA100, R&S®NGL200, R&S®NGM200, R&S®NGU201/401.

Switched-mode power supplies (SMPS)

SMPS, e.g. R&S®NGP800, have much higher efficiency than linear regulated power supplies. In a first step, the line voltage is rectified. Due to the high input voltage, buffer capacitors with a small capacitance can be used. In a second step, the DC voltage to be converted is chopped at a high frequency.

This takes place in the switching transistor and requires only comparatively tiny and light ferrite chokes or transformers with low losses. The switching transistor is switched fully on and off, hence switching losses are low. The output voltage is usually regulated by changing the duty cycle of the switching transistor. A rectifier and low-pass filter improve the output quality.

Mixed architecture power supplies

Different combinations of the above basic designs are in use. For example, the R&S®NGE100B power supplies use a mains transformer at the input, followed by a rectifier and switched-mode circuitry to regulate the output voltage, providing high efficiency. A linear stage reduces unwanted signal components at the output. Another example for mixed achitecture is the R&S®HMP2000/4000.

Quadranti degli alimentatori DC

Se la corrente fluisce nel terminale a tensione positiva, l'alimentatore agisce come un carico elettronico. Sta assorbendo potenza invece di fornire potenza. Gli strumenti che funzionano sia come fonte di alimentazione che come carichi possono simulare batterie o carichi reali e sono chiamati alimentatori a due quadranti (o a quattro quadranti). Gli alimentatori offrono un'architettura a due e quattro quadranti. Gli strumenti passano automaticamente dalla modalità alimentatore alla modalità carico. Quando la tensione applicata esternamente supera la tensione nominale impostata, la corrente fluisce nell'alimentatore, il che è indicato da una lettura di corrente negativa.

L'architettura degli alimentatori può essere completamente definita utilizzando un sistema di coordinate cartesiane. I quattro quadranti mostrano tutte le combinazioni di tensione e corrente positive e negative. La figura seguente illustra un sistema di coordinate con tensione sulla verticale e corrente sull'asse orizzontale.

Come accennato in precedenza, gli alimentatori standard generano di solito solo tensioni di polarità positiva (cioè funzionano nel primo quadrante), ad esempio da 0 V a 20 V. Se un alimentatore è in grado di fornire una tensione positiva o negativa ai suoi terminali di uscita senza dover modificare il cablaggio esterno, si parla di alimentatore bipolare e funzionerà nei quadranti 1 e 3, fornendo tensioni da -20 V a +20 V, ad esempio. Tali strumenti possono essere utilizzati, fra l’altro, per verificare il comportamento caratteristico dei semiconduttori con tensioni bipolari che attraversano il punto 0 V.

Gli alimentatori che possono funzionare nei quadranti 1 e 3 in genere offrono anche funzionalità di assorbimento per tensioni e correnti positive e negative. Possono funzionare in tutti e quattro i quadranti e sono indicati come unità di alimentazione e misura (SMU). Nel primo e nel terzo quadrante, la corrente fuoriesce dal terminale di tensione; lo strumento sta fornendo potenza. Nel secondo e quarto quadrante, la corrente fluisce nel terminale di tensione; lo strumento sta assorbendo potenza.

Canali con intervalli di tensione identici

La maggior parte gli alimentatori Rohde&Schwarz offrono lo stesso intervallo di tensione erogabile su tutti i canali. Ciò significa che non importa quale canale si sceglie per un'applicazione specifica. Ogni canale può essere considerato come un alimentatore separato.

Ondulazione residua e rumore

I circuiti elettronici avanzati e complessi sono molto sensibili alle variazioni di tensione sulle linee di alimentazione. Per ridurre al minimo le interferenze durante l'alimentazione dei dispositivi in prova (DUT), gli alimentatori devono fornire tensioni e correnti di uscita estremamente stabili. Idealmente, un'uscita in corrente continua è priva di variazioni di tensione. In pratica, esistono due tipi di variazioni che possono influire sul circuito o sul dispositivo: variazioni periodiche (ondulazione, o 'ripple') e variazioni casuali (rumore), note anche come deviazioni periodiche e casuali (PaRD). Gli alimentatori lineari hanno un'ondulazione residua ad alta frequenza significativamente inferiore rispetto agli alimentatori a commutazione.

Gli alimentatori speciali e alcuni alimentatori di base come il modello R&S®NGA100utilizzano una regolazione lineare della tensione per ridurre al minimo l'ondulazione e il rumore residui.

Il design lineare degli stadi di uscita consente di fornire una tensione a bassa interferenza a progetti sensibili, come quelli che utilizzano semiconduttori complessi. I bassi valori di ondulazione e rumore sono perfetti anche per lo sviluppo di amplificatori di potenza e MMIC.

Impedenza di uscita variabile

Le uscite degli alimentatori speciali possono essere configurate in vari modi. Ad esempio, è possibile impostare parametri quali l'impedenza di uscita, un ritardo di accensione e diverse modalità di attivazione. Gli alimentatori devono avere un'impedenza di uscita quanto più bassa possibile per evitare effetti di caricamento sul dispositivo in prova. Tuttavia, esistono applicazioni che richiedono la simulazione delle batterie in modo controllato o la simulazione dell'aumento dell'impedenza interna quando la batteria si scarica. Gli alimentatori R&S®NGL200, R&S®NGM200e R&S®NGU201supportano queste applicazioni con impedenza di uscita regolabile.