smud电路分析.docx

对smu电路的理解与分析下图利用反馈得到合适的电流，为了使流过负载的电流与流过内部的电阻的电流相等，我们在差分放大的一段加入了一个简单的跟随器，跟随器可以使两边电压相等，但是不留过电流，这样在负载上能够输出一个恒定的电流。smu电路图一、电路分析:士15V的电压为运算放大器供电，使其正常工作。电路主要是通过两个单刀双掷开关将整个电路连接以实现恒流限压，恒压限流的功能。当SW-SPDT1开关置上，SW-SPDT2开关置下时实现恒流限压功能，当SWTPDT1开关置下，SW-SPDT2开关置上时实现恒压限流功能。如果输入电压VSl小于或大于限制电流和电压值，则输出电流I。Ut和电压VF2取决于上下限。整个电路的下面部分电路工作。综上所述，如下仿真图所示Noname-resu±FileEditViewProcessHelpBHlL¾VI方才唱、ol头右扬IW>IW二、恒压源、恒流源恒压源：同理，利用虚短虚断的判断，跟随器的效果两端电压相同，没有电流,可以直接应用在恒压源的设计，避免了负载大小不同对电压源的影响。QPlr-恒流源：通过对负载两边的电压差值放大，反馈后得到合适的电流，而为了使流过负载的电流与流过内部的电阻的电流相等，我们在差分放大的一段加入了一个简单的跟随器，跟随器可以使两边电压相等，但是不留过电流，这样在负载上能够输出一个恒定的电流。三、电路中各个部分的功能:功能:向运算放大器输入电压VSL运算器的输出端输出电流小，在经一个P管和N管时，当电流正向时，电流为正，经过N管，电流放大P倍，同理电流反向。在两个二极管与一个电阻的共同作用下能够分别在不同电流大小的时候发挥作用。其中电阻还能在由于电压小的情况下，使整个系统的变化减缓，如下图，在直流仿真的情况下，输入的变化较缓。若不加电阻，则系统变化陡峭，如下图。在直流仿真的过程中，输出并未有具体的失真，但是在高频仿真中，却会有一定的失真，下图为傅里叶变化的结果，可以看出，有大约3.39%的失真，因此Ik的电阻在电路中起重要作用，此外，当电路平衡被破坏时，在二极管两端会产生巨大电压，Ik电阻也有能够充当负载的作用。3.2电压跟随器、差分放大器S,f-SPDT1功能：图中有两个运算放大器，但是其功能和作用是不同的。U2LM324是作为一个电压跟随器，其(V+)=(V-)=VF5.正输入的电压和负极输入的电压相等且输出端与(V-)端相接等于输出电压，因此不存在电压放大的作用。U3LM324是作为差分放大器，放大增益A=Rf/Ro=10,其输出电压Vout=A*(V+)-(V-)o而电路中差分放大器的输入电压Vin等于电阻R2两端的压降，所以Vin=R2*1(Iout)。综上所述，输出电流Io=VSet/(A*Rs)也就是说明，差分放大器的输出电压VFl和流过支路Rs的电流Iout成一定的比例关系。3.3限流和限压l>>RL 100RIO 10kSD1 BAS81IlSD2 BAS81U4 UJ324V÷v- U5 LM324R9 IokI上限IW功能：电路起到限流和限压的作用，上限电压为5V,下限电压为-5V.其中主要用到肖特基二极管的正向导通特性实现电路的作用.针对上限U5LM324来说，当其V+大于V-时，输出为高电平，肖特基二极管SDI不导通，当其V+小于V-时，输出为低电平，肖特基二极管导通，达到上限电压。同理得，对于下限U4LM324,当其V+大于V-时，输出高电平，肖特基二极管导通，达到下限。当其V+小于V-时，输出低电平，肖特基二极管不导通。通过设置上下限电压值控制输出电流的大小，从而实现恒流限压和恒压限流的功能。这样的电路能在第一、第三象限工作，能够更广泛的测量。并且两个二极管共同约束，使得电路的范围更加清晰。课上提出的思考题，如何让电路能够在二四象限工作，可以通过仿真，改变负载的组成，加入电感或者电源，就能得到在不同象限工作的电路。四、总结SmU可以提供正电压和正电流（1象限）、负电压和正电流（2象限）、负电压和负电流（3象限）或者正电压和负电流（4象限）。这样的电路只能在第一象限工作，为了能够更广泛的测量，我们在下方并一个反向的电路，这样测量范围就在一三象限了。通过仿真，改变负载的组成，加入电感或者电源，就能得到不同的象限。查阅数据得，典型情况下，一个SMU数据电子表格具有一个与图2中内容相似的象限框图，它显示了您可以在这四个象限的每个象限中应用的最大电压与电流。一一-2A-200mAQuadrantIl一yOnIAQUadrantlSink2mASource-2Av-q-v+-2。V-200A-20VQuadrantIII_2mAQuadrantIVSource-20mA-Sink-200mA-2A-