MAX038およびBTL増幅を使用した信号テスト装置用高精度電源の設計とデバッグ
1 テスター電源のハードウェア設計
この装置は標準的な小信号発生装置を使用して、必要な周波数と位相角を持つ小電流信号を生成します。その後、増幅回路と位相変調回路を通じて、作動電源が生成されます。
1.1 電力周波数正弦波小電流信号発生装置
正弦波発生回路は主に米国のMAXIM社が製造する波形発生チップMAX038で構成されています。試験要件により、この回路には3つのチップが必要であり、少なくとも3チャネルの正弦波信号を生成できます。MAX038は高頻度精密関数発生器です。単純な周辺回路（図1参照）を構築し、チップピンA₀およびA₁（表1参照）を制御することで、正弦波、矩形波、三角波を生成することができます。
周波数調整：ピンFADJがゼロレベルの場合、出力周波数は公式Fₐ = IIN / Cf（ここでIIN= Vref/ Rin; Fₐは出力周波数、MHz; Cfは発振器の外部回路容量、pF; IINはピンINの出力電流、μA; VrefはピンREFの出力電圧; RinはピンINの入力抵抗）で計算できます。
デューティサイクル調整：ピンDADJの電圧変化により、コンデンサCfの充電・放電速度が変わります。ピンDADJがゼロレベルの場合、デューティサイクルは50%です。ピンDADJの電圧が-2.3～2.3 Vの範囲で変化すると、デューティサイクルは85%～15%の範囲で変化します。デューティサイクル調整は公式Vdadj = -50%- DC×0.0575（ここでVdadjはピンDADJの電圧）で計算できます。
1.2 小電流信号の単相、三相、二相直交出力の実現
MAX038内部の位相差検出器は位相ロック回路を構築するために使用できます。三相矩形波信号が3つのMAX038のPDI端子に入力されると、それらから出力される3つの正弦波信号は三相交流信号になります。単相信号出力の場合、2つの正弦波信号発生器をオフにして、第3の正弦波発生器のみを動作させます。
PDIに位相調整信号を入力する必要はありません。二相直交信号出力の原理は三相出力と一致しています。まず、1つの正弦波信号発生器をオフにし、残りの2つの正弦波信号発生器のPDI端子にそれぞれ2つの直交矩形波信号を適用します。それらから出力される2つの正弦波信号は二相直交交流信号になります。この矩形外部同期信号はプログラマブルPLDによって実装されます。三相電力周波数矩形波信号を6状態に分割します（図2参照）。
明らかに、各状態間の時間差は3.3 ms（50 Hzで周期20 ms）です。6つの出力状態がそれぞれ3.3 ms持続し、正方向に無限に循環すれば、電力周波数三相矩形波信号が出力できます。同様に、二相直交信号を処理し、4状態（S₇, S₈, S₉, S₁₀）に分割します。各状態間の時間差は5 msです。4つの出力状態がそれぞれ5 ms持続し、正方向に無限に循環すれば、電力周波数二相直交矩形波信号が出力できます。
MAX038の位相同期制御波形は、P16R6プログラマブルチップのピン16#, 14#, 13#から信号Q₂, Q₀, Q₁を出力し、3つのMAX038の外部同期信号PDI端子に出力します（P16R6データ参照）。ピン13#の出力にはQ₃信号で制御されたANDゲートが設置されています。プログラムを編集してQ₀, Q₁, Q₂, Q₃が特定の条件を満たすようにすることで、三相および二相直交矩形外部同期信号の生成が可能です。
1.3 力率増幅の実現原理
単相増幅回路はBTL（Bridge-Tied Load）構造で設計されています。負荷の両端は2つの増幅器の出力端子に接続されます。1つの増幅器の出力はもう1つの増幅器のミラー出力です。つまり、負荷の両端にかかる信号は位相差180°があります。負荷に得られる電圧は元のシングルエンド出力電圧の2倍となります（図3参照）、単相出力が100 W以上であることを満たします。
2 テスター電源ハードウェアのデバッグ
2.1 出力波形の歪み調整
デューティサイクル設定：-2.3Vから+2.3Vの範囲の電圧制御信号をMAX038のDADJ端子に適用し、コンデンサCfの充電・放電時間を調整します。発振器からの三角波出力を10%〜90%の範囲に調整し、最終的に歪んだ正弦波、のこぎり波、パルス波を生成します。DADJ端子には定電流250 μAが流れているため、この端子と基準電源ピンREF間に抵抗Rdを接続します。すると：Vdadj = Vref - 0.25Rd；Rdの値を調整することで三角波とのこぎり波のデューティサイクルを調整でき、同期出力パルスに影響を与えません。Rdは20 kΩを超えてはなりません。
2.2 出力波形の周波数調整
MAX038の出力周波数は発振コンデンサCf、IIN電流、およびFADJ電圧によって制御されます。固定されたCfでは、IINピンを制御することにより微調整が可能です。デジタル制御のために、IINとFADJにDACを接続します。これらは小さな電圧を生成し、0-748 μAの電流（ネットワークからの2 μAを加算）を作り出し、IINで2-750 μAの電流を生成します。これにより出力周波数範囲が得られます。DACはこの範囲を256ステップに分割し、IIN電流による粗調整とDACによる微調整が可能になります。
2.3 力率増幅回路の電圧出力調整
3つの単相昇圧トランス回路は同時に信号を増幅する三相トランスとして機能します（直接三相トランスを使用すると小信号に大きな影響を与えるため）。トランスの調整により200 Vから80 Vまでの電圧調整が可能です。
2.4 直流作動回路の電圧調整
直流変換・安定化回路は現場の220 V交流電源から安定した直流電源を提供します。7805および7905 DC電源モジュールを使用して+35 Vおよび+5 V（トランス精度要件を満たす）を出力します。
3 結論
設計された電源は機能が明確でコスト効果が高く、出力精度も高いことからテスト機器の要求を完全に満たしています。
モジュール設計により複雑さが減少し、互いに独立しながら連携する回路が実現されます。明確な機能分割（正弦波生成、位相制御、力率増幅、直流供給）により、ユーザーのニーズに対応できるよう継続的なアップグレードが可能です。
制御信号Q0-Q3によりMCUとの互換性とデジタル制御が可能になります。モジュール設計と組み合わせることで、装置は三相、二相直交、単周波正弦信号、およびさまざまな位相要件を持つ矩形波/三角波を出力し、多様なタスクに対応します。
