Tipos de fontes de alimentação mais comuns

Tipos básicos de fontes de alimentação com base em diferentes princípios de projeto:

Fontes de alimentação lineares

As fontes de alimentação lineares reguladas disponibilizam tensão de saída altamente constante, ripple e ruído baixos, e rápida regulação, mesmo com linha alta e transientes de carga. Elas produzem significativamente menos interferência eletromagnética do que as fontes de alimentação de modo chaveado. Um transformador de corrente elétrica convencional isola a linha de alimentação a partir dos circuitos secundários (estágios de saída). Ele é acompanhado de um retificador que fornece a tensão não regulada para um atuador em série. Os capacitores na entrada e na saída do circuito regulador servem como buffers e diminuem o ripple.

Uma tensão de referência de alta precisão controla o amplificador de saída analógica. Esse amplificador geralmente é rápido e permite tempos de recuperação muito curtos nas alterações de carga.

Fontes de alimentação lineares R&S®ESSENTIALS: R&S®NGA100, R&S®NGL200, R&S®NGM200 e R&S®NGU201/401.

Fontes de alimentação no modo chaveado (SMPS)

As SMPS como, por exemplo, a R&S®NGP800, têm uma eficiência muito maior do que as fontes de alimentação lineares reguladas. Em uma primeira etapa, a tensão da linha é retificada. Devido à alta tensão de entrada, podem ser usados capacitores de buffer com uma pequena capacitância. Em uma segunda etapa, a tensão CC a ser convertida é convertida em uma alta frequência.

Isso acontece no transistor de comutação e requer apenas bobinas de núcleos de ferrite comparativamente pequenas e leves ou transformadores com perdas baixas. O transistor de comutação é totalmente ligado e desligado, portanto, as perdas de comutação são baixas. A tensão de saída geralmente é regulada através da alteração do ciclo de trabalho do transistor de comutação. Um retificador e um filtro passa-baixo melhoram a qualidade da saída.

Fontes de alimentação de arquitetura mista

Diferentes combinações dos projetos básicos acima estão em uso. Por exemplo, as fontes de alimentação R&S®NGE100B usam um transformador de corrente elétrica na entrada, acompanhado de um retificador e de um circuito em modo chaveado para regular a tensão de saída, proporcionando alta eficiência. Um estágio linear reduz componentes de sinais indesejados na saída. Outro exemplo de arquitetura mista é a R&S®HMP2000/4000.

Quadrantes das fontes de alimentação CC

Se a corrente fluir para o terminal de tensão positiva, a fonte de alimentação atuará como uma carga eletrônica. Ela estará consumindo energia em vez de estar fornecendo energia. Os instrumentos que funcionam tanto como fonte quanto como coletor podem simular baterias ou cargas; eles são chamados de fontes de alimentação de dois quadrantes (ou de quatro quadrantes). As da Rohde & Schwarz oferecem a arquitetura de dois e quatro quadrantes. Os instrumentos comutam automaticamente do modo fonte para o modo coletor. Quando a tensão aplicada externamente excede a tensão nominal definida, a corrente flui para a fonte de alimentação, o que é indicado pela leitura de uma corrente negativa.

A arquitetura das fontes de alimentação pode ser totalmente definida através da utilização um sistema de coordenadas cartesiano. Os quatro quadrantes mostram todas as combinações de tensões e correntes positivas e negativas. A figura abaixo ilustra um sistema de coordenadas com tensão no eixo vertical e corrente no horizontal.

Conforme mencionado acima, as fontes de alimentação padrão normalmente geram tensão apenas de polaridade positiva (ou seja, funcionam no primeiro quadrante), por exemplo, entre 0 V e 20 V. Se uma fonte de alimentação puder fornecer tanto tensão positiva quanto negativa em seus terminais de saída sem precisar trocar a fiação externa, ela será chamada de fonte de alimentação bipolar e funcionará nos quadrantes 1 e 3, fornecendo tensões entre –20 V e +20 V, por exemplo. Tais instrumentos podem ser usados, entre outras coisas, para testar o comportamento característico de semicondutores em relação a tensões bipolares no ponto 0 V.

As fontes de alimentação que podem operar nos quadrantes 1 e 3 geralmente também dispõem de funcionalidade de coletor para tensões e correntes positivas e negativas. Elas podem operar em todos os quatro quadrantes e são chamadas de unidades de medição e alimentação (SMUs). No primeiro e no terceiro quadrante, a corrente flui para fora do terminal de tensão; o instrumento está fornecendo energia. No segundo e no quarto quadrante, a corrente flui para o terminal de tensão; o instrumento está coletando energia.

Canais com faixas de tensão idênticas

A maioria das fontes de alimentação da Rohde & Schwarz dispõem da mesma faixa de tensão em todos os canais. Isso significa que não faz diferença qual canal você escolhe para uma aplicação específica. Cada canal pode ser considerado como uma fonte de alimentação à parte.

Ripple e ruído

Circuitos eletrônicos avançados e complexos são muito sensíveis a variações de tensão nas linhas de alimentação. Para minimizar a interferência durante a alimentação de dispositivos em teste (DUTs), as fontes de alimentação devem fornecer tensões e correntes de saída extremamente estáveis. Idealmente, uma saída deve ser isenta de variações de tensão. Na prática, existem dois tipos de variações que podem afetar o circuito ou o dispositivo: variações periódicas (ripple) e variações aleatórias (ruído), também chamadas de desvios aleatórios e periódicos (PaRD). As fontes de alimentação lineares apresentam ripple de alta frequência significativamente menor se comparadas com as fontes de alimentação no modo chaveado.

As fontes de alimentação especializadas, também algumas fontes de alimentação básicas, como a R&S®NGA100, aplicam a regulação de tensão linear para ter um ripple e ruído residuais mínimos.

O projeto linear dos estágios de saída torna possível fornecer tensão de baixa interferência para projetos sensíveis, como os semicondutores complexos. Valores baixos de ripple e de ruído também são perfeitos para o desenvolvimento de amplificadores de potência e MMICs.

Impedância de saída variável

As saídas das fontes de alimentação especializadas podem ser configuradas de várias maneiras. Por exemplo, parâmetros como a impedância de saída, um atraso de ativação e diferentes modos de trigger podem ser definidos. As fontes de alimentação devem ter uma impedância de saída tão baixa quanto possível para evitar efeitos de carregamento no dispositivo em teste. No entanto, existem aplicações que precisam da simulação de baterias de forma controlada, ou da simulação do aumento da impedância interna conforme a bateria descarrega. As fontes de alimentação R&S®NGL200, R&S®NGM200 e R&S®NGU201 são compatíveis com essas aplicações com impedância de saída ajustável.