中心議題：

• 線性電源的準確度和分辨率
• 線性電源的穩定性
• 線性電源的交流特性

可變直流電源設備是一種極為複雜、準確而且耐用的高負荷電子設備。無論是阻性、感性、容性
、低阻抗

、高阻抗、穩態還是可變負載，電源設備都必須可靠地提供穩定、精密和清潔的電壓和電流。工程師在應用中如要選擇適合的電源，需要透徹理解電源指標。下麵簡要介紹線性電源指標。

線性電源非常耐用、準確並能提供低噪聲功率。它們簡單
、直接的反饋機製提供了優秀的負載調整率和整體穩定性。圖1示出了線性電源的簡化框圖。

圖1 可編程線性電源的簡化框圖

線性電源指標

線性電源有很多指標
，但可以從邏輯上劃分為三類：準確度和分辨率、穩定性以及交流特性。我們將分別介紹屬於這三類的重要指標。

大多數直流電源有兩種工作模式。在恒壓（CV）模式下，電源會根據用戶設置調節輸出電壓。在恒流（CC）模式下，電源將調節電流。電源是CV模式還是CC模式不僅取決於用戶設置還取決於負載電阻。在CV模式和CC模式下
，電源適用不同的指標。

準確度和分辨率

在任意給定時間上，電源調節電壓或電流並在儀器準確度範圍內使電壓或電流與設置相匹配。

• 在CV模式下，在儀器準確度指標範圍內輸出電壓匹配電壓設置。電流由負載阻抗決定。
• 在CC模式下，輸出電流匹配電流極限設置。電壓由負載阻抗決定。

曆史上
，直流電源用戶使用電位計設置輸出電壓或電流。今天
，微處理器從用戶接口或遠端接口接收輸入。數模轉換器（DAC）接收數字設置
，將其轉換為模擬值並用作模擬調節器的參考。設置分辨率和準確度的值由轉換質量和調節過程決定。

電壓和電流設置（有時稱為極限或設置值）分fen別bie有you與yu之zhi相xiang關guan的de分fen辨bian率lv和he準zhun確que度du指zhi標biao。這zhe些xie設she置zhi的de分fen辨bian率lv決jue定ding了le輸shu出chu可ke調tiao的de最zui小xiao增zeng量liang，準zhun確que度du描miao述shu了le輸shu出chu值zhi符fu合he國guo際ji標biao準zhun的de程cheng度du。應ying當dang分fen別bie考kao慮lv設she置zhi和he回hui讀du指zhi標biao。回hui讀du準zhun確que度du好hao並bing不bu一yi定ding就jiu意yi味wei著zhe設she置zhi準zhun確que度du好hao。

daduoshuzhiliudianyuantigongneizhiyibiaoceliangdianyahedianliu。zhexieyibiaoceliangdianyuanshuchutigongdedianyahedianliu。youyuyibiaoduqufanhuizhidianyuandedianyahedianliu
，suoyiyibiaoceliangzhitongchangchengweihuiduzhi。daduoshuzhuanyedianyuanbaohanleshiyongmoshuzhuanhuanqideshuziyibiaobingqiezhexieneibuyiqizhibiaoleisiyushuziwanyongbiaozhibiao。dianyuanzaiqianmianbanxianshiyibiaozhibingtongguoqiyuanchengjiekou（如果配置了）發送儀表值。

設置準確度設置準確度決定了調節參數與國際標準定義理論值的接近程度。電源輸出不確定度主要由DAC誤差項（包括量化誤差）決定。通過連至電源輸出端的可追蹤
、精密測量係統測量調節變量進而測試設置準確度。設置準確度為：±（設置值的% + 偏移量）

例如
，吉時利2200-32-3電源的電壓設置準確度指標為±（0.03% + 3mV）。因此，當設置輸出5V時，輸出值不確定度為5V（0.0003 + 3mV），或4.5mV.電流設置準確度也類似地規定和計算。
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設置分辨率

設she置zhi分fen辨bian率lv是shi電dian源yuan上shang電dian壓ya或huo電dian流liu的de最zui小xiao設she置zhi變bian化hua量liang選xuan項xiang。有you時shi，此ci參can數shu稱cheng為wei編bian程cheng分fen辨bian率lv。分fen辨bian率lv指zhi標biao限xian製zhi了le可ke設she置zhi的de離li散san電dian平ping數shu。通tong常chang，離li散san電dian平ping數shu由you用yong戶hu接jie口kou位wei數shu和heDAC位數共同決定。更多位數的DAC能更精細地控製其輸出並能提供更分明的環路控製參考值。但是，失調和增益誤差校正會使分辨率低於DAC提供的位數。

用(yong)單(dan)步(bu)設(she)置(zhi)修(xiu)改(gai)分(fen)辨(bian)率(lv)不(bu)一(yi)定(ding)總(zong)會(hui)使(shi)輸(shu)出(chu)相(xiang)應(ying)改(gai)變(bian)。但(dan)是(shi)
，設(she)置(zhi)準(zhun)確(que)度(du)指(zhi)標(biao)管(guan)理(li)著(zhe)設(she)置(zhi)與(yu)輸(shu)出(chu)的(de)關(guan)係(xi)，並(bing)應(ying)在(zai)此(ci)容(rong)許(xu)範(fan)圍(wei)內(nei)校(xiao)準(zhun)儀(yi)器(qi)。設(she)置(zhi)分(fen)辨(bian)率(lv)可(ke)以(yi)用(yong)絕(jue)對(dui)單(dan)位(wei)值(zhi)或(huo)滿(man)量(liang)程(cheng)百(bai)分(fen)數(shu)表(biao)示(shi)。例(li)如(ru)，吉(ji)時(shi)利(li)2200-32-3的電壓設置分辨率為1mV,電流設置分辨率為0.1mA.

回讀準確度

回讀準確度有時也稱為儀表準確度。它決定了內部測量值與輸出電壓理論值的接近程度（在啟用設置準確度之後）。像數字萬用表那樣，使用追溯性的參考標準測試回讀準確度。回讀準確度表示為：±（測量值的% + 偏移量）

回讀分辨率

回(hui)讀(du)分(fen)辨(bian)率(lv)是(shi)電(dian)源(yuan)內(nei)部(bu)測(ce)量(liang)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)或(huo)電(dian)流(liu)的(de)可(ke)分(fen)辨(bian)最(zui)小(xiao)變(bian)化(hua)量(liang)。回(hui)讀(du)分(fen)辨(bian)率(lv)通(tong)常(chang)用(yong)絕(jue)對(dui)值(zhi)表(biao)示(shi)，也(ye)可(ke)以(yi)用(yong)滿(man)量(liang)程(cheng)的(de)百(bai)分(fen)數(shu)表(biao)示(shi)。例(li)如(ru)
，吉(ji)時(shi)利(li)2200-32-3的電壓回讀分辨率為1mV,電流設置分辨率為0.1mA.見圖2.

圖2 上方顯示的最低有效位對應於吉時利2200係列儀器的1mV和0.1mA回讀分辨率。下方顯示的最低有效位對應於設置分辨率

使用遠端感測提高電壓準確度

電源與被測器件（DUT）之間承載電流引起的電纜壓降意味著DUT電dian壓ya低di於yu電dian源yuan輸shu出chu端duan電dian壓ya。在zai任ren意yi電dian源yuan條tiao件jian下xia，使shi用yong較jiao大da尺chi寸cun線xian纜lan能neng降jiang低di測ce試shi線xian壓ya降jiang。保bao持chi電dian纜lan盡jin量liang短duan也ye有you幫bang助zhu。如ru果guo電dian源yuan配pei備bei了le遠yuan端duan感gan測ce能neng力li，使shi用yong4線連接能確保電源的設置電壓即為在DUT上得到的電壓。

用4線連接電源與DUT,一組測試線傳送輸出電流，另一組測試線被電源用於在DUT端直接測量電壓，如圖3所示。電源內部感測線連接至高阻抗電表電路
；因此，測試線電流接近於零，基本上消除了測試線壓降。通過增大輸出電壓來補償傳送電流至DUT的源測試線壓降，電源維持了感測線上的預計輸出電壓。

圖3 遠端感測通過分隔源電流與感測電路消除了測試線電阻效應，源調節可以保持負載兩端的規定電壓

穩定性指標

穩定性指標描述了電源對變化的響應。幾個指標表明了儀器在短期內提供穩定輸出的能力。這部分討論了在改變負載

、交流線電壓和溫度條件下描述輸出穩定性的指標。

長chang期qi來lai看kan，電dian源yuan由you於yu老lao化hua，其qi性xing能neng不bu可ke避bi免mian地di降jiang低di。通tong過guo定ding期qi驗yan證zheng和he儀yi器qi校xiao準zhun可ke以yi管guan理li長chang期qi穩wen定ding性xing問wen題ti。吉ji時shi利li電dian源yuan的de校xiao準zhun周zhou期qi為wei一yi年nian。

溫度穩定性

上文討論的準確度通常規定在25°C左右的特定溫度範圍內有效。典型溫度範圍是20°C~30°C（68°F~86°F）。如(ru)果(guo)在(zai)溫(wen)度(du)穩(wen)定(ding)的(de)實(shi)驗(yan)室(shi)環(huan)境(jing)下(xia)使(shi)用(yong)電(dian)源(yuan)，輸(shu)出(chu)端(duan)溫(wen)度(du)效(xiao)應(ying)會(hui)很(hen)小(xiao)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，如(ru)果(guo)是(shi)工(gong)業(ye)環(huan)境(jing)或(huo)現(xian)場(chang)安(an)裝(zhuang)，溫(wen)度(du)可(ke)能(neng)與(yu)室(shi)溫(wen)相(xiang)差(cha)很(hen)多(duo)，所(suo)以(yi)確(que)定(ding)準(zhun)確(que)度(du)時(shi)考(kao)慮(lv)溫(wen)度(du)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。隨(sui)著(zhe)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)偏(pian)離(li)室(shi)溫(wen)，輸(shu)出(chu)端(duan)不(bu)確(que)定(ding)度(du)將(jiang)增(zeng)大(da)。
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負載調整率（電壓和電流）

負載調整率是測量負載變化時輸出通道保持穩定的能力。參見圖4.隨著DUT阻(zu)抗(kang)變(bian)化(hua)

，調(tiao)節(jie)參(can)數(shu)不(bu)會(hui)顯(xian)著(zhe)變(bian)化(hua)。當(dang)然(ran)，如(ru)果(guo)負(fu)載(zai)變(bian)化(hua)太(tai)大(da)，調(tiao)節(jie)參(can)數(shu)可(ke)能(neng)在(zai)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)之(zhi)間(jian)變(bian)化(hua)，這(zhe)取(qu)決(jue)於(yu)未(wei)調(tiao)節(jie)參(can)數(shu)的(de)極(ji)限(xian)設(she)置(zhi)。假(jia)設(she)電(dian)源(yuan)未(wei)達(da)到(dao)此(ci)交(jiao)點(dian)，用(yong)作(zuo)電(dian)壓(ya)源(yuan)時(shi)會(hui)保(bao)持(chi)較(jiao)低(di)的(de)輸(shu)出(chu)阻(zu)抗(kang)

；用作電流源時會保持較高的輸出阻抗。

負fu載zai調tiao整zheng率lv可ke以yi用yong幾ji種zhong方fang法fa規gui定ding。例li如ru
，電dian壓ya調tiao整zheng率lv可ke以yi表biao示shi為wei每mei安an培pei電dian流liu的de電dian壓ya變bian化hua。但dan是shi，包bao括kuo吉ji時shi利li在zai內nei的de大da多duo數shu電dian源yuan製zhi造zao商shang將jiang負fu載zai調tiao整zheng率lv解jie釋shi為wei在zai非fei調tiao節jie參can數shu出chu現xian顯xian著zhe變bian化hua時shi的de輸shu出chu準zhun確que度du。這zhe種zhong熟shu悉xi的de格ge式shi方fang便bian理li解jie並bing且qie便bian於yu通tong過guo測ce試shi驗yan證zheng：±（設置值的% + 偏移量）

吉時利負載調整率指標通過設為全量程輸出的調節變量驗證。非調節變量可以在0~98%變化


，並對照相應指標檢查輸出。以吉時利2200-32-3電源為例
，輸出電壓負載調整率指標為所選輸出電壓的±0.01%加2mV,所以在全額定輸出為32V時，即便負載電流從零到變至略低於3A（儀器的最大額定電流）時，輸出仍將保持在±5.2mV以內。CC模式的負載調整率定義類似於CV模式的線路調整率。電流負載調整率描述了電源輸出電流對負載阻抗階躍變化的響應。

線路調整率（電壓和電流）

線xian路lu調tiao整zheng率lv測ce量liang在zai交jiao流liu輸shu入ru電dian壓ya和he頻pin率lv在zai整zheng個ge允yun許xu範fan圍wei內nei變bian化hua條tiao件jian下xia，電dian源yuan保bao持chi其qi輸shu出chu電dian壓ya或huo輸shu出chu電dian流liu穩wen定ding的de能neng力li。尤you其qi在zai最zui大da電dian源yuan電dian流liu的de情qing況kuang下xia，線xian電dian壓ya和he頻pin率lv會hui極ji大da地di影ying響xiang提ti供gong至zhi輸shu出chu端duan的de功gong率lv。

在(zai)實(shi)驗(yan)室(shi)條(tiao)件(jian)下(xia)用(yong)穩(wen)定(ding)的(de)交(jiao)流(liu)線(xian)電(dian)壓(ya)測(ce)試(shi)一(yi)小(xiao)段(duan)時(shi)間(jian)可(ke)以(yi)忽(hu)略(lve)線(xian)路(lu)調(tiao)整(zheng)率(lv)。但(dan)是(shi)，如(ru)果(guo)在(zai)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)下(xia)交(jiao)流(liu)線(xian)電(dian)壓(ya)容(rong)易(yi)受(shou)擾(rao)動(dong)或(huo)在(zai)較(jiao)長(chang)時(shi)間(jian)內(nei)進(jin)行(xing)測(ce)試(shi)，那(na)麼(me)線(xian)路(lu)調(tiao)整(zheng)率(lv)是(shi)一(yi)個(ge)關(guan)鍵(jian)的(de)考(kao)慮(lv)因(yin)素(su)。

電壓線路調整率可以規定為直流輸出電壓變化量與交流線電壓（有效值）hepinlvbianhualiangdebizhi。raner，weileyudaduoshuceshishebeizhibiaobaochiyizhi，zhizaoshangtongchangjiangxianlutiaozhenglvbiaoshiweishuchuxiangduiyuquanliangchengdeyouxiaojiaoliuxianlucanshudebuquedingxing。zheligeichulezuichaqingkuangbingdingyiwei：±（設置值的% + 偏移量）

例如，吉時利2200-32-3電源的電壓線路調整度率指標為±（0.01% + 1mV）。因此，當2200-32-3設為32VDC輸出時，即使交流源電壓在整個允許範圍內變化，輸出都將保持在32V（0.01% + 1mV）= 4.2mV.如圖4所示。

圖4 示波器屏幕顯示了當負載電流從0A變至2.8A時，吉時利2200-32-3的輸出電壓調節。在整個變化過程中
，輸出電壓保持穩定

電dian流liu負fu載zai調tiao整zheng率lv是shi一yi個ge類lei似si的de指zhi標biao。除chu了le說shuo明ming輸shu出chu隨sui交jiao流liu源yuan變bian化hua的de電dian壓ya容rong許xu變bian化hua量liang以yi外wai
，電dian流liu負fu載zai調tiao整zheng率lv還hai說shuo明ming了le隨sui交jiao流liu源yuan變bian化hua的de電dian流liu容rong許xu變bian化hua量liang。通tong常chang，該gai指zhi標biao在zai交jiao流liu源yuan電dian壓ya和he頻pin率lv的de整zheng個ge範fan圍wei內nei都dou有you效xiao。

交流特性

雖sui然ran我wo們men在zai討tao論lun直zhi流liu電dian源yuan，但dan是shi這zhe些xie電dian源yuan的de輸shu出chu並bing不bu是shi純chun直zhi流liu。輸shu出chu會hui有you一yi些xie交jiao流liu成cheng分fen。對dui於yu某mou些xie應ying用yong而er言yan
，輸shu出chu中zhong較jiao大da的de交jiao流liu成cheng分fen會hui對dui電dian路lu產chan生sheng意yi想xiang不bu到dao的de影ying響xiang，所suo以yi有you助zhu於yu了le解jie殘can餘yu交jiao流liu成cheng分fen的de幅fu度du。除chu了le交jiao流liu噪zao聲sheng以yi外wai
，了le解jie電dian源yuan對dui負fu載zai和he設she置zhi改gai變bian的de瞬shun態tai響xiang應ying也ye非fei常chang有you幫bang助zhu。例li如ru，在zai自zi動dong測ce試shi中zhong，重zhong要yao的de是shi了le解jie電dian源yuan在zai設she置zhi改gai變bian後hou需xu要yao多duo長chang時shi間jian才cai能neng穩wen定ding。
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紋波和噪聲指標

直流電源輸出的交流雜散成分被稱為紋波和噪聲，或稱作周期和隨機偏差（PARD）。zhexieshuyutongchangnenghuhuanshiyong。wenbozhishuchuzhongdejiaoliuzhouqixinhao。zaipinyuguanchashi，wenboxianshiweizasanxiangying。yuzhouqixingwenbobutong，zaoshengshisuijide。zaoshengfenbuzaihenkuandepinpushangerqieyongpinyuzhakanshi
，zaoshengxianshiweijixianshenggao。canjiantu5和圖6.由於紋波和噪聲通常混合在一起不易區別開，所以在本文中我們將用縮略詞PARD指這種組合效果。

圖5 此簡化示意圖說明了周期（紋波）和隨機（噪聲）失真的概念

圖6 使用1X探頭和約7MHz帶寬測量噪聲的同時電源提供全額定電流

PARD指標必須規定帶寬並且應當對電流和電壓都進行說明。當電源在CC模式時，電流PARD非常重要並且通常用有效值定義。由於PARD的形狀未確定，電壓PARD通常表示為有效值電壓即噪聲功率，也可以表示為峰峰值電壓
，後者在驅動高阻抗負載時非常重要。因為考慮到帶寬
，PARD指標很大程度上取決於測試技術。通常，可以在製造商的性能驗證程序中找到檢查PARD的程序。在證驗紋波和噪聲指標時考慮整個信號通路非常重要。例如，使用寬帶示波器和窄帶探針可以使指標優於應有水平。吉時利2200-32-3的電壓PARD指標說明了這一點。在20Hz至7MHz帶寬範圍內，電壓PARD指標為1mV有效值和4mV峰峰值，而且給出了在20Hz至20MHz更寬頻率範圍內的寬帶指標為3mV有效值和20mV峰峰值。

瞬態響應

另(ling)一(yi)組(zu)交(jiao)流(liu)特(te)性(xing)描(miao)述(shu)了(le)電(dian)源(yuan)對(dui)於(yu)變(bian)化(hua)的(de)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)。瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)指(zhi)標(biao)說(shuo)明(ming)了(le)當(dang)負(fu)載(zai)或(huo)設(she)置(zhi)改(gai)變(bian)後(hou)輸(shu)出(chu)變(bian)為(wei)穩(wen)定(ding)直(zhi)流(liu)的(de)速(su)度(du)。大(da)多(duo)數(shu)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)端(duan)並(bing)聯(lian)了(le)大(da)電(dian)容(rong)以(yi)便(bian)提(ti)供(gong)清(qing)潔(jie)、wendingdezhiliu。dangcidianrongyufuzaidianzubinglianshi，dechuyigeshijianchangshubingqieshijianchangshudaxiaohuisuifuzaizukangbianhua。youyuyufuzaidianzujinmixiangguan，suoyishezhibianhuadexiangyingbixuzhenduijutifuzaiguiding。changjianzhibiaozhongbaokuokailu、短路或具體電阻值等負載。
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瞬態響應的測試需要對負載阻抗和電源設置施加較大的階躍變化，並測量穩定至最終值的時間（如表1）。吉時利全部2200係列電源的電壓瞬態響應都給出了三個條件：增大負載，提高設置和降低設置。

表1 吉時利2200-32-3電源的電壓瞬態響應指標

準確的測量結果需要準確的電源

為了確保測試結果的準確性和可重複性，必須擁有能將功率準確送至DUT的電源。如果電源準確度和穩定性不能滿足需要，測量結果就會受DUT的性能以及電源性能的影響。溫度漂移
、負載突變和交流線電壓波動僅僅是帶來麻煩的部分原因。專門為應對這些變化並且為了持續、準確地提供規定電壓或電流而設計的準確電源將讓工程師對測試結果充滿信心。

確保電源質量達到指標要求

weileduidianyuandeshejihezhizaodadaoxiangyingdezhiliangshuipingchongmanxinxin，qingcongzhizaoshangnalihuoquzhichiqifabudezhibiaodexiangjinshuoming。liru，zhizaoshangyingdangshiyongangongrendezhuyaobiaozhunshiyanshidebiaozhunxiaozhundeceshiyiqi。erqie，zhazhaoyouguojigongrenjigoudeanquanrenzheng，liruCSA、UL或VDE.也就是說，電源製造商已經獲得了符合國際安全標準的獨立認定。

dingqijianyanxingnengduiyuquebaodianyuangongzuozaizhizaoshangguidingdezhibiaofanweineifeichangzhongyao。jishilidianyuandejianyixiaozhunzhouqiweiyinian。keyizaimeitaiyiqidianyuandefudaiwenjianzhongzhaodaoxingnengzhibiaodexiangxishuomingyijixingnengyanzhengchengxu。daduoshuzhibiaodeceshizuoweizhizaoguochengdeyibufenyijilixingweihuguochengzhongxingnengyanzhengdeyibufen。duiyumeiyitaidianyuan
，jishilidoucaiyongzhuisuxingdebiaozhunyanzhengbingtigongkexuandezhiliangceshishuju。