精密可編程直流電源指通過外部控制來設(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，此即所謂的無源編程法。若這種電源通過改變基準(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，再通過調(diào)Uref來調(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。
