标签: 安捷伦电压

在文章《 用电源精确测量电流 - 程控电源技术和应用（ 15 ） 》中，我们谈到了电源的测量能力。这里，我们将会探讨电源的精度技术指标，并介绍如何确定电源的电压精度，以及其它的电源精度计算方法。在电源的技术资料中，与电压精度相关的技术指标通常有 5 个，分别是：   1.   负载效应（负载调节率）：当负载发生变化时，由于电源内阻的分压作用，会导致电源输出电压也发生变化。当负载或电源电流后，电源的调整电路无法维持精准的输出电压，由此产生误差。   2.   源效应（输入电压调节率）：输入的交流电压产生变化，引起电源输出电压发生变化，从而出现误差。   3.   编程分辨率：在设置电源电平时，电压值通常用数字表示， 电源需要利用 D/A 转换器来转换这个输入值。 DAC 输出控制正确的输出电压。在 DAC 中始终会存在量化误差，也是编程分辨率。 DAC 特数越多，分辨率越高，量化误差就越小。   4.   编程精度：这个主要技术指标涉及到了上面提到的三个指标（负载效应、源效应和编程分辨率）以及系统误差，如放大器漂移等。   5.   编程温度系数误差：如果电源不在理想温度范围内工作，那么超出温度范围时，就会产生温度系数误差。       如上所述，在计算电源的输出精度时，我们只需要考虑编程精度技术指标。它涵盖了负载效应、源效应、编程分辨率以及编程温度系数误差。 编程温度系数误差仅限于电源不在理想温度范围内的情况。与其它仪器相同的是，电源必须经过 30 分钟预热才能计算其输出精度。下面是电源的输出精度计算过程：   误差 = ± （编程精度 + 温度系数（如果不在理想温度范围内））     我们现在来了解一下如何使用 Agilent N6700 系统中的 N6761A 精密直流电源模块进行计算。 N6761A 高性能电源具有极其精确的输出电压， 误差很小。下图源自 N6761A 的技术资料，显示了编程精度技术指标及其它技术指标。       经过 30 分钟预热后， N6761A 在 5 V （低范围）内工作，负载牵引电流为 4 A ，环境温度为 29 ℃ 。注意：在“编程精度”一行中，理想温度范围是 23 ℃ +/- 5 ℃ 。 但由于电源模块在 29 ℃ 上工作，比理想温度范围超出了一度，必须在计算过程中添加温度系数误差。 N6761A 在 5V 范围内的电压编程精度技术指标是 0.016% + 1.5 mV 。温度系数技术指标是 40 ppm + 70 uV 。让我们了解一下精度计算方法：   1.      编程精度 = 编程值 x 0.016% +1.5 mV ； 即 5x 0.00016 + 0.0015 = 2.3 mV 2.      温度系数是 1 度，因此， 1x(5x30e-6 + 40 uV) = 190 uV     因此，在 5 V 输出 时，误差 = ± ( 2.3 mV + 0.19 mV) = ± 2.49 mV      电源工作环境温度仅与理想温度范围偏差不大时， 系统能确保极高的精度。需要注意的是 , 当需要精确测量时，我们需要采用若干个工频周期的测量时间，例如利用 10 个电源工频周期 200 ms 来精确测量电源电平。如果仅快速采集电源电压的几个点， 我们会看到更多的噪声误差。 在上图中， N6761A 具有 4.5 mVpp 峰 - 峰值噪声和 0.35 mVrum 有效值噪声。如果我们利用差分放大器来放大，并使用示波器来观察， 我们就能看到电源电平上的噪声。如果对电源电平进行平均值测量，就能消除噪声。      在使用具有内置测量能力的高性能程控电源时，您应更关注测量精度，也称回读精度。测量精度误差技术指标可能并不完全相同与编程精度技术指标。   在精度计算中，通常是电源工作在恒压模式（ CV ）， 这也是最常见的电源工作模式。   如果电源工作在恒流模式（ CC ），将会发生什么情况？ 计算方法保持不变，只不过这是关注的是电流技术指标，而非电压技术指标。好的， 希望这些能对您的工作有所帮助。   观看优酷网上的安捷伦电源专家讲解有关电源精度的视频：      

   很多的测量工作，是利用程控直流电源为被测件供电，完成整个测试过程。 在设定的电压点进行测量时，我们希望供电电压是非常稳定和准确的。但实际上，会有一些因素，造成供电电压的不稳定。这就包括电源的负载效应和源效应：   电源的负载效应     以前我们谈过，理想的电压源其内阻为零，这样，输出的电压会全部加在被测件上。 但实际上，每个电源或多或少都有些内阻存在。这样，当负载电流发生变化时， 由于内阻的分压作用， 会对输出电压有一定的影响， 这就是我们通常所称的负载效应。 在安捷伦的程控电源中， 负载效应通常是最大输出电压的万分之一。例如，最大输出电压在 20V 的，负载效应通常在 1-2mV 。对于最高 600V 的输出，这个值在 60mV 。     以下视频演示了如何测量电源的负载效应 http://v.youku.com/v_show/id_XNDI5NjI1MjQ0.html?f=17488112       电源的源效应        是指电源输入的线电压变化对输出电压的影响。在电源的输入电压工作范围内，这个值也很小，安捷伦电源的源效应通常也在 1-2mV 。即使对于具备通用线电源输入的型号，例如 N5700 和 N8700 系列，允许的输人电压范围在 85-265VAC, 而源效应也很低。对于 600V 的输出型号，源效应为 62mV, 也在万分之一的量级。  

   噪声有些时候会对被测量造成一些难以预料的影响。在数字电路中，过高的噪声可能会引起误码；而在模拟电路中，如果噪声串入一些诸如放大器的电路，可能会使整个系统的特性发生变化。因此， 如果被测件对直流电源输入中的噪声敏感 ， 肯定需要尽可能地减少输入噪声。 为了达到这个目的，需要从多方方面来考虑。我们为概括了以下这三个最简单可行的步骤：   选择低噪声电源： 从纯净电源开始， 设法将噪声降至最低。       由于电源产生的噪声很难滤除 ， 需要选择一款极低噪声的纯净电源。线性电源往往能够满足这一需求；然而，线性电源的体积较大，容易产生大量的热， 效率低。因而，您还可以选择开关电源。现代开关电源技术已经有大幅提升 ， 输出的噪声可与线性电源相媲美。例如安捷伦的N6761A精密电源模块，其噪声的峰峰值小于4mV， 而有效值更是小于0.5mV.        选择具有低有效值和峰峰值电压噪声的电源， 仅仅是一个良好的开端。通过为被测件与电源之间建立恰当的引线连接 ， 也能最大限度地减少噪声。     屏蔽电源至被测件连接   电源与被测件之间的连接容易受到不同类型噪声的影响和干扰， 包括电感耦合、电容耦合和射频干扰。有很多降低噪声的方法，其中最有效的是确保电源与负载连接的导线和感应线全部使用双绞线，要求更高的在要考虑使用屏蔽电缆。   在使用屏蔽电缆时 ， 要确保将屏蔽的一端接地。如图 1 所示，   屏蔽的一端与电源的地接在一起 ， 否则会增加接地电容。      屏蔽电缆两端不得同时接地 ， 否则会形成接地回路电流。图 2 显示了电源接地和被测件接地之间的电位差所引起的接地回路电流。接地回路电流会在布线上生成电压，表现为被测件中的噪声。     图 2 ： 屏蔽线错误连到电缆的两端，会形成接地回路电流     平衡输出至接地阻抗   共模噪声是共模电流从电源内部流经接地回路时生成的噪声 ，共模电流 会在接地阻抗上和电缆阻抗上产生电压 。为了将共模电流的影响降至最低，需要对电源上的正负输出端的接地阻抗实施均衡。还应当对被测件正负输入端与接地之间的阻抗实施均衡。将共模扼流器与输出引线串联，并在每个接地引线上使用并联电容器，即可完成这个工作。   此外， 在考虑接地线的时候，必须考虑测试系统中，被测件和测试仪器共地，如图3所示。而且这个共地点，必须是一个非常干净的共地点，不能与其它大型设备，例如空气压缩机、贴片机、波峰焊等采用相同的接地。       程控电源技术和应用指南（1）–线性程控电源的工作原理 程控电源技术和应用指南（2）–程控开关电源的工作原理 程控电源技术和应用指南（3）- 恒压和恒流输出模式 程控电源技术与应用指南（4）- 纹波和噪声 程控电源技术与应用指南（5）- 超低纹波和噪声的精确测量方法   程控电源技术和应用指南（6）- 减小电源到被测件的噪声     程控电源技术和应用指南（7）- 电源的串联和并联