Podczas badania urządzeń, podzespołów i elementów elektronicznych często zachodzi konieczność stosowania sygnałów testowych o dużej mocy i złożonym kształcie. Nie mniej ważny jest jednoczesny bardzo dokładny pomiar takich wielkości elektrycznych jak napięcie, prąd, moc oraz rezystancja. W badaniach tego typu wykorzystywane są zwykle zasilacze laboratoryjne lub arbitralne i mierniki wymienionych wielkości elektrycznych. Coraz częściej sięgamy jednak po będące poniekąd ich odmianą przyrządy SMU (Source Measurement Unit). W artykule opisano urządzenie Keithley 2461.

W powszechnym użytku coraz częściej pojawiają się nowe urządzenia i podzespoły dużej mocy, np. ogniwa słoneczne, różnego typu ogniwa elektrochemiczne, turbiny wiatrowe, sterowniki oświetlenia LED, przetwornice napięciowe, chipsety zarządzania mocą oraz urządzenia z nowoczesnymi elementami półprzewodnikowymi dużej mocy, takimi jak tranzystory IGBT, Power MOSFET, tyrystory, diody HBLED, itd. Specjaliści zajmujący się badaniami tego rodzaju  urządzeń i elementów rezygnują z klasycznych metod pomiarowych, zastępując kilka przyrządów jednym – SMU. Wśród producentów aparatury pomiarowej mających w ofercie tego rodzaju produkty jest firma Keithley. Po sukcesach pierwszych urządzeń SMU z nowej serii (model 2450 i 2460) coraz większe uznanie zdobywa najnowsze źródło mierzące – SMU 2461. Urządzenia Source Measurement Unit łączą w sobie cechy zarówno źródła sygnału, jak i bardzo dokładnego miernika, a właściwie kilku mierników. Wykorzystują nowoczesne podzespoły elektroniczne i elektromechaniczne, a także dysponują sporą mocą obliczeniową. W SMU 2461 zastosowano na przykład dwa 32-bitowe procesory MPC5125 wspierane przez układ FPGA rodziny SPARTAN-6. Na świecie jest zaledwie kilka firm produkujących urządzenia tego typu.

Konstruktorzy firmy Keithley postawili na wysoką dokładność pomiarów oraz jak najwyższą jakość wyrobu.

Jednym z elementów decydujących o wygodzie obsługi SMU jest dotykowy kolorowy wyświetlacz graficzny z przyciskami w postaci  ikon oraz niezależny panel manualny, co oprócz możliwości graficznej prezentacji generowanych przez źródło sygnałów –  znacznie usprawniło obsługę. Wyeliminowano na przykład znane z innych wyrobów wielopoziomowe menu, w którym użytkownik łatwo mógł się pogubić. W oknie „domowym” (rys. 1) od razu są widoczne wszystkie opcje dla poszczególnych poleceń – wybór źródła, pomiary, wizualizacja wyników, wyzwalanie, skrypty, ustawienia systemowe. Są one szybko wybierane naciśnięciem wybranej ikonki. Każda z nich pełni funkcję przycisku ekranowego (soft-key).

Rys. 1. Okno wyboru trybów pracy i opcji pomiarowych

Użytkownicy sprzętu elektronicznego są zwykle przekonywani do dokładnego przeczytania instrukcji obsługi jeszcze przed pierwszym włączeniem urządzenia. Nie inaczej jest i w tym przypadku, z tym że dostępna pod przyciskiem Help kontekstowa pomoc może w dużym stopniu wyjaśnić szereg wątpliwości pojawiających się w czasie wykonywania pomiarów. Do przyrządu dołączone są dwie skrócone instrukcje, pełną instrukcję można pobrać ze strony producenta lub odtworzyć z płyty załączonej do sprzętu. Jedna ze skróconych instrukcji dotyczy samego przyrządu, druga – oprogramowania sterującego.

Najważniejsze parametry SMU 2461

Omówienie przyrządu SMU 2461 należy rozpocząć od podania jego najważniejszych parametrów technicznych, a są one naprawdę imponujące. Zebrano je w tab. 1. Na rys. 2 przedstawiono natomiast zakresy pracy wejść/wyjść napięciowych i prądowych. Jak widać, urządzenie pracuje w każdej z czterech ćwiartek układu prąd-napięcie, co oznacza, że gniazda sygnałowe mogą pełnić funkcję wejść lub wyjść tak napięciowych, jak i prądowych. SMU 2461 może więc pełnić rolę sztucznego obciążenia podczas testowania urządzeń o charakterze źródła napięciowego lub prądowego, ale równie dobrze może w sposób kontrolowany zasilać wszelkiego rodzaju odbiorniki energii elektrycznej.

Rys. 2. Obszary pracy SMU Keithley 2461

Tab. 1. Najważniejsze parametry techniczne SMU 2461