SMU Keithley 2461
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).
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.
Tab. 1. Najważniejsze parametry techniczne SMU 2461
Moc DC | |||||||||||
Napięcie | Prąd | ||||||||||
Maksymalna moc wyjściowa | Max 105 W DC. 1050 W impulsowo
|
Max 105 W DC. 1050 W impulsowo
|
|||||||||
Zakresy maksymalnych napięć i prądów DC | 105 V | 1,05 A | |||||||||
21 V | 4,2 A | ||||||||||
10,5 V | 5,25 A | ||||||||||
7,35 V | 7,35 A | ||||||||||
Specyfikacja napięciowa | |||||||||||
Źródło | Pomiar | ||||||||||
Zakres | Rozdzielczość | Dokładność | Rozdzielczość | Dokładność | |||||||
200,0000 mV | 5 mV | 0,015%+200 mV | 100 nV | 0,012%+200 mV | |||||||
2,00000 V | 50 mV | 0,015%+300 mV | 1 mV | 0,012%+300 mV | |||||||
7,000000 V | 250 mV | 0,015%+2,4 mV | 1 mV | 0,012%+1 mV | |||||||
10,00000 V | 250 mV | 0,015%+2,4 mV | 10 mV | 0,012%+1 mV | |||||||
20,00000 V | 500 mV | 0,015%+2,4 mV | 10 mV | 0,012%+1 mV | |||||||
100,0000 V | 2,5 mV | 0,015%+15 mV | 100 mV | 0,012%+5 mV | |||||||
Specyfikacja prądowa | |||||||||||
Źródło | Pomiar | ||||||||||
Zakres | Rozdzielczość | Dokładność | Rozdzielczość | Dokładność | |||||||
1,000000 mA | 50 pA | 0,025%+1 nA | 1 pA | 0,025%+700 pA | |||||||
10,00000 mA | 500 pA | 0,025%+1,5 nA | 10 pA | 0,025%+1 nA | |||||||
100,0000 mA | 5 nA | 0,020%+15 nA | 100 pA | 0,020%+10 nA | |||||||
1,000000 mA | 50 nA | 0,020%+150 nA | 1 nA | 0,020%+100 nA | |||||||
10,00000 mA | 500 nA | 0,020%+1,5 mA | 10 nA | 0,020%+1 mA | |||||||
100,0000 mA | 5 mA | 0,020%+15 mA | 100 nA | 0,020%+10 mA | |||||||
1,000000 A | 50 mA | 0,50%+750 mA | 1 mA | 0,050%+500 mA | |||||||
4,000000 A | 250 mA | 0,100%+3 mA | 1 mA | 0,100%+2,5 mA | |||||||
5,000000 A | 250 mA | 0,100%+3 mA | 1 mA | 0,100%+2,5 mA | |||||||
7,000000 A | 500 mA | 0,150%+6 mA | 1 mA | 0,150%+5 mA | |||||||
10,00000 A | 500 mA | 0,150%+6 mA | 10 mA | 0,150%+5 mA | |||||||
Charakterystyka digitizera | |||||||||||
Rozdzielczość maksymalna | 18 bitów | ||||||||||
Dostępne funkcje pomiarowe | Napięcie, prąd, napięcie i prąd, rezystancja, moc | ||||||||||
Szybkość próbkowania | Programowana od 1000 do 1000000 Sa/s | ||||||||||
Pamięć ulotna dla znaczników czasowych | 27500000 | ||||||||||
Minimalna długość rekordu | 1 ms | ||||||||||
Rozdzielczość znaczników czasowych | 1 ns dla standardowego bufora
1 ms dla bufora spakowanego |
||||||||||
Maksymalna długość rekordu | 5000000 | ||||||||||
Wybór zakresu | Wymagany zakres stały dla pomiarów digitizerem | ||||||||||
Czas ustalania pomiarów | Zależny od zakresu i obciążenia, dokładność ograniczona przez ustawienie czasu dla zakresu prądowego 10 mA lub niższego | ||||||||||
Typowe parametry impulsowe | |||||||||||
Zakres wyjścia | Ograniczenie | Obciążenie | Czas narastania (10…90%) | Czas ustalania
(1% zakresu) |
|||||||
100 V | 10,5 A | 10 W | 300 ms | 520 ms | |||||||
100 V | 1,05 A | 200 W | 180 ms | 320 ms | |||||||
20 V | 10 A | 2 W | 150 ms | 340 ms | |||||||
10 A | 105 V | 10 W | 300 ms | 700 ms | |||||||
7 A | 7,35 V | 1 W | 120 ms | 360 ms | |||||||
5 A | 10,5 V | 2 W | 110 ms | 280 ms | |||||||
Inne | |||||||||||
Programowanie | SCPI + skrypty TSP | ||||||||||
Interfejsy | GPIB, USB 2.0 Full Speed, Ethernet (LXI) | ||||||||||
Minimalna programowalna szerokość impulsu | 150 ms – czas ustalania pomiaru może być dłuższy od 150 ms | ||||||||||
Maksymalny rozszerzony zakres szerokości impulsu | 2,5 ms dla zakresu 7 A lub niższego, 1 ms dla zakresu 10 A | ||||||||||
Maksymalna szerokość impulsu DC | 10000 s | ||||||||||
Jitter szerokości impulsu | <(50 ms + 10% szerokości impulsu) | ||||||||||
Maksymalny współczynnik wypełnienia | 10% dla zakresu 20 V i niższego, 5% dla zakresu 100 V | ||||||||||
Wyświetlacz | 5-calowy z panelem dotykowym |