SMU、V/I源、或者說四象限電壓電流源的幾種結構


參考《自動控制原理》,《混合信號集成電路測試與測量》,《Keithley 236 237 Source Measure Unit SMU Service Manual》,《電子系統設計-基礎與測量儀器篇》,綜合提煉出以下四種四象限電壓電流源的結構。

第一種,求和積分結構,利用積分結構使求和結果為零。

缺點是反饋電壓時是電壓源,反饋電流時是電流源,兩種模式必須通過電子開關切換,不適合需要平滑動態切換模式的測試。

優點是固定模式下,輸出可以正負兩個方向,也就是可以作為任意波形發生器。

采用積分器結構,不需要高壓運放,只需要功放的供電電壓足夠,即可做到高壓輸出。

原始模型如下:

 

 仿真模型如下:

第二種,誤差放大器直接控制輸出。

優點電路簡單,調試方便。可以實現任意波形發生器功能。

缺點是只適合低壓結構。

原始模型如下:

 

仿真模型如下:

 第三種是穩壓穩流結構,一三象限是源,二四象限是負載。

優點是電壓源和電流源模式自動切換,不需要電子開關。模式通過二極管開關進行自動選擇。

缺點是只有一三象限是源,兩個源設置的DAC要相互配合才能在正常工作。無法實現任意波形發生器功能。

仿真模型如下:

第四種是四象限箝位電路。

利用運放開環放大倍數無窮大的特性,設置一個極性電壓,使運放輸出向滿偏方向移動,但是四象限箝位,總有一個象限優先被箝位。

相比前一個,這個電路需要控制控制輸出電壓的方向,同樣無法實現任意波形發生器功能。

仿真模型如下:

能找到的公開的四象限源的結構,目前只找到這些。后續繼續發現新的結構再回來補充。

最后一種,根據吉時利1990年的專利US5039934 CONTROL FOR VOLTAGE/CURRENT SOURCE WITH CURRENT/VOLTAGE LIMITING進行修改。

可以實現四象限輸出和箝位。特別在此補充說明一下。


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