R&S®Essentials | 直流电源基础知识
作者：James Lewis l 测试与测量专家兼博主
大部分电子实验室的布局都非常相似。数台工作桌陈设其中，台面上满是线路纵横交错的电路板。在这些庞杂的印刷电路板后面，是镶嵌有指示灯、屏幕和连接器接口的大箱子。它们就是测试设备。无论这些电路板是用于边缘设备还是三相电机控制器的机器学习推断，测试设备类型都大体相似。
事实上，（几乎）所有电子实验室都必备五种测试设备！
所有电子设备都需要电源。台式电源在整个测试周期中都非常重要，包括从设备的初次启动到最终验证环节。设备启动后，电源的电流和电压保护功能可以保护故障电路板。在调试过程中，电源的数据记录或电子负载功能有助于解决电源相关问题。在最终验证和生产过程中，电源的远程编程接口可以加快自动化测试。
市面上有许多不同的直流电源，让人眼花缭乱。这些电源基本上可以分成两类：线性电源和开关电源。这两类电源在调节输出方面有所不同。
线性电源的噪声非常低，但是电源转换效率相对较低。这种电源也较为笨重。（小技巧：如果电源看起来较为“沉重”，那就可能是线性电源！）开关电源的纹波噪声稍大一点，但在实验室搬运这类电源会更加轻松。
目前，开关电源是大部分应用的理想之选，因为这类设备总输出功率高、重量轻（便于实验室人员搬运）且成本低。但是，某些应用对纹波噪声的要求较高，可能仍然需要使用线性电源。
台式电源的规格规定了可用的最大输出功率。如果电源具有多个通道，则最大输出功率可能是多个通道的总输出功率。例如，R&S®NGL200单通道型号的最大输出功率为 60 W，双通道型号的最大输出功率为 120 W（这需要并联或串联两个通道）。
除了简单的电压和电流控制之外，目前的电源还提供多种高级功能。例如，电源的高阻抗“感应线”可以连接到负载。这样一来，电源能够补偿电源线上的欧姆损耗。数据记录功能支持对电压和电流的高速采样，并将数据直接传输至 USB 闪存盘以作分析。部分电源还可以用作电子负载，非常适合模拟 IoT 设备中电池的充放电特性。
数字万用表简称为 DMM。这种设备以前被称为伏欧计 (VOM)，通常是指模拟仪器。“万用表”恰如其名，能够测量多种电气特性，例如交直流电压、交直流电流、电阻、二极管正向电压和电容。测量结果通常以瞬时读数的形式显示在屏幕上。有的 DMM 还可以提供关于一系列测量的统计信息。值得注意的是，尽管 DMM 支持多种不同测量，但通常一次只能执行一类测量。
数字万用表的规格包含精度和准确度。精度表示万用表能够显示的测量值范围。准确度因测量功能和范围而异。
主要特点：
有的直流电源还内置非常准确的电压表和电流表，兼具电源和数字万用表的功能。例如，R&S®NGL200 双通道电源提供 6.5 位的数字电压、功率和电流表。
示波器就是“显示波形的仪器”。这种仪器可以测量电压随时间的变化，并将其显示为波形。示波器自身只能采集电压数据，但结合探头后还可以测量其他参数。
示波器可以分为模拟或数字示波器，具体取决于采集波形的方式。罗德与施瓦茨持有首个示波器数字触发专利，如今几乎所有示波器都利用数字触发和数模转换器来捕获波形数据。
捕获波形后，示波器提供丰富功能来测量和分析波形。例如，电压测量功能可以测量电压的峰峰值、最大值、最小值和 RMS。示波器还可以同时测量多种信号参数。
主要特点：
示波器一般至少具备 2 个输入通道，4 个更为常见。利用这些通道，示波器能够同时采集信号，并关联时间（或相位）来查看信号。
示波器不断开发出各种功能，能够代替其他电子测试设备。例如，罗德与施瓦茨的所有示波器都提供 8 或 16 个数字逻辑通道，时常可用于代替传统的逻辑分析仪。诸如 R&S®RTH1000 特定型号的部分示波器还集成了完整的数字万用表。
工程师通常会结合使用任意波形发生器 (AWG) 或函数发生器和示波器。许多先进的示波器都内置 AWG，能够代替诸多独立式函数发生器。示波器和 AWG 相结合，能够利用内置软件执行重要的测量任务，并将测量信息显示在波特图等图表中！
FFT 功能将捕获的波形转换为频域显示。一些示波器配备硬件加速 FFT 功能，类似于独立的实时频谱分析仪。
频谱分析仪测量信号的频率分量。X 轴和 Y 轴分别显示幅度和频率。尖峰确认了它的频率分量。一些频谱分析仪还提供瀑布图显示，可用于查看信号占据不同频谱分段的时长。
典型的频谱分析仪是扫频式设备，核心组件是超外差接收机。这类频谱仪会扫描一定范围内的中心频率，并以一个频率单位为步长对小段输入信号进行下变频。扫频式频谱分析仪的优点在于提供高频范围、 高灵敏度和 低本底噪声。
主要特点：
除了测量频率分量之外，频谱分析仪还能够执行自动测量。例如，频谱分析仪可以测量通道功率、占用带宽、谐波失真、AM 调制深度和三阶互调截取点 (TOI)。
R&S®FPC1500等部分仪器集成信号发生器，能够在分析仪的频率范围内输出连续波 (CW) 信号。例如，R&S®FPC 能够输出高达 3 GHz 的信号。发生器还可以跟踪分析仪的扫描频率。这种 跟踪源组合有助于测量设备或混频器（带偏移）的传递函数。
您可能希望了解特定应用所需的一些必备工具。例如，如果您需要测量无源组件的特性，可能会使用 LCR 表（也被称为“LCR 电桥”，或直接简称为电桥）。这些工具可以测量不同频率和直流偏置点下的电感、电容和电阻。
矢量网络分析仪 (VNA) 是另一种特性分析工具，能够提供电缆、PCB板迹线和放大器等组件的 S 参数。功率探头和 VNA 结合使用，能够测量射频信号的功率电平并输出测量值。
线路阻抗稳定网络 (LISN) 将被测设备 (DUT) 连接到交流电源以进行EMC 测试。EMC 接收机可以利用 LISN 的输出端口测量被测设备的传导辐射。
功率分析仪能够测量交直流负载的功耗。R&S®HMC8015等分析仪是一体化工具，能够简单分析不同的电源状态、谐波特性和其他开启性能。
文中提及的所有仪器均提供不同的尺寸和等级以供选择。在体型方面，这些仪器可分为台式、手持式或机架安装式三种。（大部分台式仪器通常都提供机架安装套件。）
仪器一般会根据性能规格或特性分为不同的等级。虽然同一等级的所有工具都可以执行重要的测量任务，但所需功能因应用而异。例如，示波器通常根据带宽范围划分等级，而具体应用可能需要特定带宽。
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