最も一般的なタイプの電源

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.

DC電源の象限

電流が正の電圧端子に流れ込む場合、この電源は電子負荷として機能しています。この電源はパワーを供給するのではなく、シンクしています。ソースとシンクの両方で機能する機器では、バッテリーまたは負荷のシミュレーションを行うことができます。これらは、 2象限（または4象限）電源と呼ばれます。ローデ・シュワルツは、2象限および4象限アーキテクチャーを提供しています。ソースモードからシンクモードへの切り替えは、機器によって自動的に行われます。外部から印加された電圧が設定公称電圧を超えると、電流が電源に流れ込みます。これは、電流読み値が負になることでわかります。

電源のアーキテクチャーは、直交座標系を用いて完全に定義できます。4つの象限に正および負の電圧と電流のすべての組み合わせが示されます。下の図は、電圧を縦軸、電流を横軸に取った座標系を表しています。

上述のように、標準的な電源では、0 V～20 Vのような正極性の電圧のみが発生します（第1象限で動作します）。電源の外部配線を切り替えずに出力端子で正または負の電圧を提供できる場合、この電源はバイポーラー電源と呼ばれ、第1象限と第3象限で動作し、–20 V～+20 Vなどの電圧を提供できます。こうした機器は、0 Vポイントをまたいだバイポーラー電圧に対する半導体の特徴的動作をテストする場合などに使用できます。

第1象限と第3象限で動作できる電源は、通常、正および負の電圧と電流に対するシンク機能も備えています。これらの電源は4つのすべての象限で動作でき、ソース・メジャー・ユニット（SMU）と呼ばれます。第1象限と第3象限では、電流が電圧端子から流れ出します（機器がパワーを供給します）。第2象限と第4象限では、電流が電圧端子に流れ込みます（機器がパワーをシンクします）。

電圧範囲が同じチャネル

ローデ・シュワルツの大半の電源は、すべてのチャネルで電圧範囲が同じです。このため、特定のアプリケーションでどのチャネルを選択するかは問題ではありません。各チャネルを別々の電源とみなすことができます。

リップルおよびノイズ

高度な複合電子回路は非常に複雑で、電源ライン上の電圧変動に敏感です。被試験デバイス（DUT）に電源を供給する際の干渉を最小限に抑えるには、非常に安定した出力電圧／電流を提供できる能力が電源に求められます。出力に電圧変動がないことが理想的ですが、実際には、2種類の変動（周期的変動（リップル）とランダム変動（ノイズ））が回路やデバイスに影響する可能性があります。これは、PaRD（Periodic and Random Deviations）とも呼ばれます。リニア電源は、スイッチング電源と比較して高周波リップルが大幅に小さくなります。

特殊用途向け電源や一部のベーシックな電源（R&S®NGA100）では、リニア電圧レギュレーションを使用して残留リップルや残留ノイズを最小化しています。

出力段をリニアな設計にすることで、複合半導体などの影響を受けやすい設計に干渉の少ない電圧を供給できるようになります。低リップル値と低ノイズ値は、パワーアンプやMMICの開発にも最適です。

可変出力インピーダンス

特殊用途向け電源の出力は、さまざまな方法で設定できます。例えば、出力インピーダンス、スイッチオンディレイ、各種トリガモードなどのパラメータを設定できます。DUTへの負荷の影響を抑えるには、電源の出力インピーダンスをできるだけ小さくする必要があります。ただし、アプリケーションによっては、バッテリーを制御下でシミュレートしたり、バッテリーの放電に伴う内部インピーダンスの増加をシミュレートしたりする必要があります。R&S®NGL200、 R&S®NGM200および R&S®NGU201 電源では、出力インピーダンスを調整できるため、こうしたアプリケーションに対応することができます。