参考《自动控制原理》,《混合信号集成电路测试与测量》,《Keithley 236 237 Source Measure Unit SMU Service Manual》,《电子系统设计-基础与测量仪器篇》,综合提炼出以下四种四象限电压电流源的结构。
第一种,求和积分结构,利用积分结构使求和结果为零。
缺点是反馈电压时是电压源,反馈电流时是电流源,两种模式必须通过电子开关切换,不适合需要平滑动态切换模式的测试。
优点是固定模式下,输出可以正负两个方向,也就是可以作为任意波形发生器。
采用积分器结构,不需要高压运放,只需要功放的供电电压足够,即可做到高压输出。
原始模型如下:
仿真模型如下:
第二种,误差放大器直接控制输出。
优点电路简单,调试方便。可以实现任意波形发生器功能。
缺点是只适合低压结构。
原始模型如下:
仿真模型如下:
第三种是稳压稳流结构,一三象限是源,二四象限是负载。
优点是电压源和电流源模式自动切换,不需要电子开关。模式通过二极管开关进行自动选择。
缺点是只有一三象限是源,两个源设置的DAC要相互配合才能在正常工作。无法实现任意波形发生器功能。
仿真模型如下:
第四种是四象限箝位电路。
利用运放开环放大倍数无穷大的特性,设置一个极性电压,使运放输出向满偏方向移动,但是四象限箝位,总有一个象限优先被箝位。
相比前一个,这个电路需要控制控制输出电压的方向,同样无法实现任意波形发生器功能。
仿真模型如下:
能找到的公开的四象限源的结构,目前只找到这些。后续继续发现新的结构再回来补充。
最后一种,根据吉时利1990年的专利US5039934 CONTROL FOR VOLTAGE/CURRENT SOURCE WITH CURRENT/VOLTAGE LIMITING进行修改。
可以实现四象限输出和箝位。特别在此补充说明一下。