精密可編程直流電源指通過(guò)外部控制來(lái)設(shè)定輸出電壓、輸出電流的穩(wěn)壓、穩(wěn)流或穩(wěn)壓/穩(wěn)流的電源。
(1)可編程直流電源的編程方式程控電源的編程方式一般有無(wú)源和有源兩種。以圖1示出的穩(wěn)壓電源為例，因?yàn)槭街蠻r——電流通路中放大器的基準(zhǔn)電壓。
所以，改變反饋電阻Rf或輸人電阻Ra，或者同時(shí)改變Rf和Ra都可改變輸出值，此即所謂的無(wú)源編程法。若這種電源通過(guò)改變基準(zhǔn)電壓Ur或基準(zhǔn)電流的方式改變輸出值，就是有源編程法。
控制系數(shù)N是程控電源的一項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)。對(duì)用Rf制系數(shù)N是產(chǎn)生單位電壓變化所要求的電阻變化，單位為Ω/v。因此，電源的輸出電壓為式中Rf——編程電阻。
為了獲得比較高的輸出電壓分辨率，控制系數(shù)常選用1kΩ/v或10kΩ/v。程控電源的另一項(xiàng)主要指標(biāo)是編程速度。這是控制元件改變后，Uout(或Iout)達(dá)到要求的標(biāo)稱值所需要的時(shí)間。
(2)精密可編程直流電源在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，常要求以很高的編程速度來(lái)設(shè)定高分辨率的輸出值，數(shù)字式程控電源能滿足該要求，圖3是數(shù)字式穩(wěn)壓電源和穩(wěn)流電源的原理電路圖。D/A轉(zhuǎn)換器把輸入的數(shù)字式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為基準(zhǔn)端的模擬電壓Ur，它的分辨率由輸人的數(shù)據(jù)位數(shù)決定。例如，如果Ur的量程為0～10V，輸入12位BCD碼(3位十進(jìn)制數(shù))，則數(shù)據(jù)的zui低位增量為10mV。Ur分為1000步，每步10mV。如果輸人12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，則分辨率達(dá)0.0244%。因?yàn)閳D3(a)中的Uout和圖3(b)中的Iout都正比于Ur，故按此方式，可以設(shè)定任意高的分辨率的輸出值Uout和Iout。
①數(shù)字式程控電源的一般結(jié)構(gòu)。圖4所示為比較完整的數(shù)字式程控電源結(jié)構(gòu)框圖。其數(shù)字電路部分由數(shù)據(jù)輸人緩沖器、光電隔離器、鎖存器和D/A轉(zhuǎn)換器組成。
數(shù)據(jù)輸人緩沖器：電源用并行形式的數(shù)字式數(shù)據(jù)輸入。通常，數(shù)據(jù)的電平與數(shù)字電路中經(jīng)常使用的TTL硬件相兼容，即邏輯0為0～+0.4V，邏輯1為+2.4～5.5V。若輸人的數(shù)據(jù)(如來(lái)自MOS、CMOS或其他硬仵的數(shù)據(jù))不符合上述規(guī)定，則可通過(guò)數(shù)據(jù)輸入緩沖器轉(zhuǎn)換為與TTL兼容的標(biāo)準(zhǔn)形式，數(shù)據(jù)輸人緩沖器的輸出接光電隔離器。
鎖存器：程控電源中的鎖存器常由若干片4D或8D觸發(fā)器組成。觸發(fā)器的D端接各位輸入數(shù)據(jù)，時(shí)鐘輸人端接傳送脈沖。當(dāng)傳送脈沖為高態(tài)時(shí)，輸人數(shù)據(jù)就暫存在鎖存器內(nèi)。
D/A轉(zhuǎn)換器：如前所述，程控電源的輸出分辨率直接由D/A轉(zhuǎn)換器的性能決定，所以，D/A轉(zhuǎn)換器是程控電源zui重要的部分。為了迅速、準(zhǔn)確地控制輸出，D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度和準(zhǔn)確度都必須足夠高。此外，按要求，好能具有正、負(fù)雙極性輸出能力。
②KBC-Ⅱ型可編程電源工作原理。KBC-Ⅱ型可編程電源由數(shù)模轉(zhuǎn)換器、基準(zhǔn)電壓源、電壓比較器、運(yùn)算放大器A1l～A3、輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓器、CPU、顯示器及鍵盤等幾部分組成，輸出電壓的大小與輸出順序由鍵盤設(shè)定，并由計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)。圖6是這種電源的原理電路圖。
圖中，帶有恒溫槽的精密基準(zhǔn)源LM399提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。這個(gè)電壓經(jīng)運(yùn)放A1反相放大后作為DAC的參考電壓Uref，其極性為負(fù)。DAC的模擬輸出送A2放大，其反饋電阻為DAC內(nèi)部的電阻RFB。A2的輸出接LM723的第5端子，為它提供參考電壓。
LM723是電壓可調(diào)線性穩(wěn)壓集成器。它的差分輸人端是4(反相)、5(同相)，輸出端是10。為增大輸出電流，在輸出端外接了一個(gè)達(dá)林頓管。整個(gè)電源的輸出電壓Uout經(jīng)精密電阻分壓，反饋到反向輸人端4。
A2的同相輸人端接一個(gè)可調(diào)的高穩(wěn)定電位器R2，用于“零點(diǎn)調(diào)整”。當(dāng)DAC所接受的數(shù)據(jù)為全零時(shí)，調(diào)R2以改變A2的同相端電位，進(jìn)而改變LM723中差分放大器的同相端電位，使輸出Uout調(diào)整到0。
R1用于“斜率調(diào)整”。在輸出滿幅度附近取一點(diǎn)，并讓DAC接受這點(diǎn)數(shù)值，再通過(guò)調(diào)Uref來(lái)調(diào)整其模擬輸出，進(jìn)而改變LM723同相端5的電位，zui終使輸出Uout調(diào)整到與DAC接受的數(shù)據(jù)相符合的值上。斜率調(diào)整完畢之后，讓DAC接受一個(gè)滿度值，這時(shí)A2的輸出zui大，調(diào)整凡使比較器A4的輸出處在由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平的門限上，并鎖死R3，在電源面板上只保留R1。
開(kāi)機(jī)校準(zhǔn)時(shí)，可輸出一個(gè)滿度值，調(diào)凡使輸出Uout逐漸增加。實(shí)際上就是使實(shí)際輸出曲線的斜率逐漸加大，當(dāng)它大過(guò)理想曲線斜率時(shí)，比較器的輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)。計(jì)算機(jī)檢測(cè)到這個(gè)翻轉(zhuǎn)后顯示“Error”來(lái)提示。然后，向反方向調(diào)整R3到“Error”剛剛消失，此時(shí)即可認(rèn)為校準(zhǔn)成功。以后，電源即可按DAC接收到的數(shù)據(jù)輸出準(zhǔn)確的電壓。
