Алексей Телегин, менеджер по развитию бизнеса и ведущий блога по источникам питания Keysight Technologies
Для того чтобы ответить на вопрос, вынесенный в заголовок, я начну с общего определения полярности. На рис. 1 показан типовой двухполюсный источник питания с фиксированной полярностью напряжения и тока.
Стандартный источник питания обычно является источником энергии. Для этого ток должен вытекать из полюса с положительным потенциалом. Большинство источников питания подают энергию именно таким образом, выдавая положительное выходное напряжение и положительный выходной ток. Такой источник называется униполярным, поскольку он выдает напряжение только одной полярности. Полярностью источника питания принято считать полярность напряжения (а не направление тока).
Если ток втекает в положительный полюс источника, то источник питания потребляет ток и ведет себя как электронная нагрузка — поглощая и рассеивая энергию, вместо того чтобы выдавать ее. Большинство источников питания этого не делают, хотя многие источники питания Keysight могут при необходимости потреблять некоторый ток для быстрого снижения выходного напряжения — это называется способностью к снижению напряжения (down-programming).
Для полного описания выходного напряжения и тока источника питания используется диаграмма с декартовыми координатами. Декартовы координаты отображают два параметра на двух перпендикулярных осях. На рис. 2 показаны четыре квадранта декартовых координат. Квадранты принято обозначать римскими цифрами. Для источников питания по вертикальной оси обычно откладывается напряжение, а по горизонтальной — ток. Эта система координат используется для определения рабочей точки данного источника питания. Кривая, которая очерчивает границу, окружающую область допустимых рабочих точек в системе координат, называется выходной характеристикой источника питания.
Как уже говорилось, некоторые источники питания являются униполярными (выдают напряжение одной полярности), но могут при этом выдавать или потреблять ток. Такие источники питания способны работать в квадрантах I и II и поэтому называются двухквадрантными. В квадранте I источник питания будет отдавать мощность, и при этом ток будет вытекать из полюса с положительным потенциалом. В квадранте II источник питания будет потреблять мощность, и ток будет втекать в полюс с положительным потенциалом.
Некоторые источники питания могут выдавать положительное или отрицательное напряжение без переключения внешних проводов. Как правило, такие источники питания могут работать во всех четырех квадрантах и поэтому именуются четырехквадрантными источниками питания. Иногда еще их называют биполярными, поскольку они подают на выход как положительное, так и отрицательное напряжение. В квадрантах I и III источник питания является источником энергии: ток вытекает из полюса с положительным потенциалом. В квадрантах II и IV источник питания является потребителем энергии: ток втекает в полюс с положительным потенциалом (см. рис. 3).
Примером биполярного источника питания является Keysight N6784A. Он может подавать или потреблять ток, и его выходное напряжение может быть положительным или отрицательным. Он представляет собой источник питания/измеритель (SMU) мощностью 20 Вт с несколькими выходными диапазонами. Выходная характеристика N6784A показана на рис. 4.
Итак, четырехквадрантным источником питания называется источник, способный выдавать положительное и отрицательное выходное напряжение и подавать или потреблять ток. Такой источник может работать во всех четырех квадрантах диаграммы напряжение-ток.
