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電源がどのように使用されるかを分類すると、低電圧出力電源の場合(200V以下)、他の電気回路に電力を供給し、この電気回路を動作させる目的で使用される場合が多いと思いますが、一方出力電圧が高電圧の場合(例えば1000V以上)、他の電気回路に動作用電力を供給するというよりは、負荷そのものを他の動作用に駆動させる、例えば圧電素子を駆動する、荷電粒子を静電的に掃引する等々の目的に使われることが多いと思います。高圧電源であり、且つ直流から交流まで幅広い帯域で使用できる高圧電源の場合、電気的に見てどのような負荷(静電容量負荷、電気抵抗負荷、或いは誘導負荷)が接続される場合が多いかと考えると、静電容量負荷である場合が圧倒的に多いと思います。上記の2例の、圧電素子も、荷電粒子を静電的に掃引する場合も、高圧電源から見た負荷は等価回路的には静電容量です。
ここで、負荷が静電容量ですので、これに交流電圧を印加した場合、電源の出力電圧と電流との関係を考察すれば、
この静電容量負荷に印加される電圧をV、静電容量をC、従って、この静電容量に蓄えられる電荷量Qは、Trekでは四象限高圧アンプといい、これらの環境で高速且つ正確に動くことができる高圧アンプを製造しています。この四象限アンプという言葉は、必ずしも一般的或いは耳慣れた表現で無いのではないかと思います。今回はこの四象限高圧アンプに関して記載します。
となります。ここで交流電圧を印加していると仮定して、(1)式の両辺を時間で微分してみましょうすると、
(2)式で、一般的には静電容量は時間に対し変化する物理量ではありませんので
と言えます。
即ち、(1)式は、
と表記できます。また、電流を時間で積分したものは電荷ですから、
と表記できます。
以上を整理すると、
(4)式は、静電容量Cの両端に印加される電圧と、その静電容量に流れる電流の時間的関係を示しています。注目すべきは、静電容量に流れる電流は印加電圧の微分系をとることにあります。
ここで、きわめて理解しやすい例として、仮に静電容量Cに印加される電圧が三角波であると仮定します。
図１をご覧ください。第一象限では静電容量Cに印加される電圧は正極、また
も正の傾きですから、電流は正方向に流れますが、第2象限では、静電容量Cに印加される電圧は正極ですが、
は負の傾きを持っています。従って、第2象限では、電流は負方向に流れます。印加電圧が正であるにも拘らず電流は負方向に流れます。第3象限では静電容量Cに印加される電圧は負極、また
も負の傾きですから、電流は負方向に流れます。また第4象限では、今度は第2証言と逆で、静電容量Cに印加される電圧は負極、処が、
は正方向の傾きですから、電流は正方向に流れます。
静電容量負荷に交番電圧を印加すると上記のような面白い現象が発生します。従って、このような電源は図2に示す枠内のどの部分でも動作可能で、一般的には、四象限電源、或いは吸い込み型電源と呼ばれています。
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