АКИП — современные измерители RLC-параметров
Хотя принцип работы приборов для определения комплексного сопротивления пассивных компонентов достаточно прост, их схемотехника всетаки оказывается сложной. Связано это с тем, что модуль комплексного сопротивления зависит от частоты. При определении RLCпараметров диапазон частот варьируется от десятков килогерц для массовых элементов до десятков и даже сотен мегагерц в особых случаях. С увеличением частоты возрастают и трудности измерения. Это обусловлено тем, что на высоких частотах измерения проводятся в стандартизованных экранированных трактах, а не на точечных выводах элементов. Поэтому наличие в измерителях RLC тестовых частот в диапазоне свыше 1 МГц переводит их уже на другой, более высокий уровень конструктивного исполнения.
Примером такого оборудования являются новые измерители RLCпараметров АКИП6103 (рис. 1) и АКИП6105 (рис. 2). Измерители предназначены для проведения измерений сопротивления, емкости, индуктивности, тангенса угла потерь, добротности, комплексного сопротивления и фазового сдвига. Базовая погрешность измерений составляет ±0,05%. Измерители обладают функциями программирования режимов, ручного или автоматического выбора диапазона измерений. Это позволяет выполнять измерения широкой номенклатуры пассивных компонентов электрических схем.
В основу работы приборов положены технологии прямого цифрового синтеза DDS (Direct Digital synthesis) и цифровой обработки сигнала DSP. Это принципиально отличает их от измерителей с мостовой схемой на переменном токе, в которых производится сравнение неизвестного комплексного сопротивления с образцовой мерой. На практике в качестве меры применяется конденсатор, поскольку процесс изготовления высокодобротных образцовых катушек связан с определенными трудностями. Погрешность измерения уравновешенных классических мостов переменного тока обеспечивается в диапазоне значений 0,55%.
В измерителях АКИП6103, АКИП6105 источником тестсигнала является генератор DDS (с переключаемым внутренним сопротивлением), который позволяет получить непрерывный набор частот с минимальной дискретностью перестройки. Тестовый сигнал представляет собой непрерывное колебание синусоидальной формы. Погрешность установки частоты ±0,02%.
Приборы отличаются широким частотным диапазоном, высокой скоростью измерений (до 20 изм./с), расширенным алгоритмом программной калибровки (КЗ/ ХХ/ на нагрузке). Имеется режим сортировки компонентов (10 ячеек выборок), внутренний источник тестсигнала с уровнем до 2 В/20 мА (СКЗ). Усреднение отображаемого результата программируется пользователем в диапазоне от 1 до 255 с шагом «1». При работе измерителя с электролитическими конденсаторами к тестовому сигналу переменного тока может быть добавлена постоянная составляющая (смещение) величиной до 2 В/20 мА от внутреннего источника. Режимы измерения: FAST/быстро, MED/средне и SLOW/медленно. Основные технические характеристики приведены в таблице 1.
Характеристики | Параметры | Значения | Значения |
---|---|---|---|
Измерение RLC | Измеритель | АКИП6105 | АКИП6103 |
Сопротивление (Z, R) | До 100 МОм с макс. разрешением 0,001 Ом | ||
Емкость (C) | До 10 Ф с макс. разрешением 0,00001 пФ | ||
Индуктивность (L) | До 100 кГн с макс. разрешением 0,00001 мкГн | ||
Добротность (Q) | 0,0199999 | ||
Тангенс угла потерь (D) Фазовый сдвиг (θ) |
0,0000199999 −180…+180 |
||
Базовая погрешность | От 0,05% в основном диапазоне | ||
Скорость измерения | До 30 изм./с в быстром режиме |
До 20 изм./с в быстром режиме |
|
Запуск измерений | Автоматический, ручной, внешний |
Автоматический, ручной, внешний, по шине |
|
Схема измерения | Параллельная/последовательная (ручной выбор) | ||
Выбор предела измерения | Автоматический или ручной | ||
Тестсигнал | Частота тест сигнала | 20 Гц 1 МГц | |
Разрешение по частоте, Гц | 0,001 | ||
Погрешность установки, % | ±0,02 | ||
Уровень тестсигнала | 5 мВ 2 В/50 мкА 20 мА (СКЗ) | ||
Выход. сопротивление | 30 Ом/100 Ом, переключаемое | ||
Постоянное смещение | 5 мВ 2 В/50 мкА 20 мА | ||
Дополнительные функции | Режим индикации измерений |
Абсолютное значение, Δизмерение, Δизмерение в %, усреднение |
|
Режим «График» | Графики качания по 960 точкам |
Графики качания по 240 точкам |
|
Режим «Таблица» | Табличные значения качания по 10 точкам (частота/уровень/смещение) |
||
Память | 520 профилей | 10 профилей | |
Режим сортировки | 10 ячеек (компаратор) | ||
Интерфейс | RS232, USB, GPIB | RS232, USB, LAN | |
Дисплей | Формат индикации | 6 разрядов на основной шкале (макс. 999.999); 6 разрядов на дополнительной шкале |
|
Экран | Графический ЖКИ (320×240), монохромный | ||
Общие данные | Напряжение питания, В | 220 (при 50 Гц) | 220 (при 50 Гц) |
Габаритные размеры, мм | 430×186×490 | 285×95×410 | |
Масса, кг | 15 | 5 | |
Комплект поставки | Шнур питания (1), 4проводной измерительный кабель с двумя зажимами «крокодил» (1), 2проводной адаптер прямого подключения компонентов (1), короткозамыкатель (1), РЭ |
За один цикл измерения АКИП6103, АКИП6105 могут одновременно вычислять два параметра импеданса первичный и вторичный (табл. 2).
Первичный параметр | |
---|---|
IZI | Импеданс (модуль сопротивления) |
IYI | Адмиттанс (модуль полной проводимости) |
L | Индуктивность |
C | Емкость |
R | Сопротивление |
G | Проводимость |
Вторичный параметр | |
D | Тангенс угла диэлектрических потерь (коэфф. рассеяния) |
Q | Добротность (область префиксной экранной клавиши) |
Rs | Эквивалентное последовательное сопротивление |
Rp | Эквивалентное параллельное сопротивление |
X | Реактивное сопротивление |
B | Полная проводимость |
θ | Угол сдвига фаз |
Измеряемые объекты подключаются к измерителю через BNCгнезда передней панели с помощью измерительного кабеля или адаптера для RLCкомпонентов (рис. 3), входящих в комплект поставки.
(два зажима «крокодил»)
Процесс измерений контролируется микропроцессором, он же используется для расчета усредняемых значений и обработки данных, выводимых на дисплей. При измерении происходит автоматическое отображение на дисплее основного и вторичного параметра тестируемого компонента (Z, R, L или C) в требуемом их сочетании. В таблице 3 представлены возможные комбинации (в каждой из четырех колонок).
Первичный параметр | Z, Y | L, C | R | G |
Вторичный параметр | θ (угол в град.), θ (угол в рад.) |
D, Q, RS, RP, G |
X | B |
Меню функций измерителя, результаты и единицы измерений, индикатор режима (в том числе эквивалентная схема) и предупреждающие сообщения отображаются на ЖКдисплее, который условно делится на пять контекстных секторов (рис. 5).
Дисплей является монохромной графической матрицей с разрешением 320×240 пикселей, которая не только отображает буквенночисловую информацию, но и имеет возможность построения графиков измеряемых параметров во всех функциональных режимах. При необходимости для удобства считывания результатов с помощью функции SWAP PARAM можно поменять два значения на дисплее местами: например, в процессе измерений отображение «CpD» сменить на «DCp».
Диапазон частот тестсигнала измерителя составляет от 20 Гц до 1 МГц с шагом перестройки 0,001 Гц. Выбор уровня тестирования представляет собой процедуру задания СКЗсигнала синусоидальной формы. При этом можно задать как величину напряжения тестирования, так и величину тока. Выходной импеданс источника сигналов для согласования с объектом тестирования можно выбрать из значений: 100 Ом или 30 Ом.
В приборе имеется функция постоянного смещения по напряжению от 0 до 2,0 В (шаг перестройки 10 мВ); по току от 0 до 20 мА (шаг перестройки 10 мкА). В процессе измерений функция автоматической регулировки уровня (ALC) корректирует фактический уровень сигнала в соответствии с заданным значением. Благодаря этому обеспечивается постоянство тестсигнала. Диапазоны стабилизации при использовании функции ALC: по напряжению 10 мВ 1 В (СКЗ), по току 0,0110 мА (СКЗ). Функция контроля напряжения или тока, протекающего через тестируемое устройство (мониторинг), позволяет измерить и отобразить на дисплее их реальные значения ([Vm]/[Im]).
Встроенный компаратор позволяет распределять тестируемые компоненты максимум по десяти каналам выборок (BIN1BIN9 и BINOUT), а также задать до девяти пар предельных значений основного параметра и одно предельное значение вторичного параметра. Если основной параметр тестируемого устройства не выходит за рамки предельных значений, а второй находится вне данного диапазона, то тестируемое устройство будет отнесено к вспомогательному каналу дополнительной выборки (AUX BIN).
Задавать предельные значения можно двумя способами, аналогично выбору частоты и уровня тестсигнала. Нажимая на соответствующую префиксную клавишу, можно включить или отключить функцию компаратора.
Приборы имеют возможность подсчета числа компонентов в выборках (в каналах сравнения). При необходимости через экранное меню доступно включение или выключение счетчика в каждом из каналов.
Одновременно с функцией компаратора при сортировке по различным выборкам прибор подсчитывает в нарастающем порядке количество тестируемых элементов, отнесенных к каждому из каналов выборки. Максимальная индикация счетчика «999.999». Превышение на дисплее отображается символом «—-», но внутренний подсчет при этом продолжается, а фактически подсчитанное значение можно получить через интерфейс GPIB (КОП).
В соответствующих секторах дисплея указываются: номинальное значение параметра (NOM), измеряемый параметр (FUNC), предельные значения каналов (LOW/HIGH) (Нижний/Верхний). При этом в поле параметров FUNC контролируется символ для текущего измерения. В данном случае на экране отображается «CpD», где Cp соответствует компаратору первичного параметра, а D вторичного параметра.
Функция свипирования (качания), поддерживаемая АКИП6103 и АКИП6105, автоматически осуществляет циклическую развертку до десяти точек частоты, уровня тестирования или постоянного смещения (по току или напряжению). Соответствующий параметр FREQ, LEVEL, BIAS (V/I) предварительно выбирается в меню. При этом возможен выбор одного из двух режимов: SEQ (последовательный) или STEP (пошаговый). В режиме SEQ при нажатии клавиши [TRIG] будет осуществляться автоматическое качание сразу по всем заданным точкам. В режиме STEP при каждом запуске может осуществляться развертка только одной заданной точки.
В режиме LIST SWEEP/ТАБЛИЦА на дисплее (рис. 6) автоматически отображаются значения измеряемого параметра, соответствующие заданной частоте, уровню измерения или постоянного смещения.
в режиме «Таблица»
Как отмечалось ранее, помимо табличных измерений, приборы имеют продвинутую функцию GRAF/ГРАФИК. Наличие графического анализа следует выделить особо, так как он реализуется преимущественно в топовых моделях современных измерителей RLC, стоимость которых составляет ∼200400 тыс. рублей или предлагается другими производителями как опция. При активации осуществляется автоматическое линейное/логарифмическое качание с построением графика измеряемого компонента максимум по 240 точкам (АКИП6103) или по 960 точкам (АКИП6105) частоты (уровня или постоянного смещения).
Для настройки режима графического качания необходимо задать значения и требуемые условия:
- параметр (Param Type): FREQ[Hz], LEVEL[V], BIAS[V], BIAS[I];
- режим (Sweep Mode): LINE, LOG;
- настройка (Start Freq начальная частота, Stop Freq конечная частота);
- число точек (Points);
- предельные значения (MinA/MaxA, MinB/MaxB);
- режим отображения (DispMode): REFRESH/Обновление, OVER/Наложение.
При нажатии клавиши [GRAPH SWEEP] прибор автоматически начнет построение графиков двух параметров в соответствии с заданными значениями и условиями. В режиме графического отображения можно наблюдать формирование кривой значений измеряемого компонента (основной и второстепенный параметр) во всем диапазоне качания. Данная функция применяется для обнаружения частот резонанса, определения максимального и минимального значения параметра в пределах выбранного диапазона качания (рис. 7).
в режиме «График»:
а) точка тест сигнала f = 601,23 Гц;
б) точка тест сигнала f = 1,2816 кГц;
в) точка тест сигнала f = 3,7788 кГц;
г) точка тест сигнала f = 10,00 кГц
Вместе с графиком на дисплей выводится вертикальный маркер (курсор), который может перемещаться вдоль линии графика и отображать величины по оси X (частота) и оси Y (значение двух параметров: основной Cp и второстепенный D рис. 8).
на графике качания
Изменение коэффициента масштабирования (то есть развертки горизонтальной шкалы дисплея) производится автоматически в момент пересечения курсором графопостроителя правой вертикальной линии экрана.
Вычислительные возможности прибора заключаются в определении абсолютного (ΔAbs) и относительного (Δ%) отклонения от номинального значения. Данная функция предназначена для отображения отклонения вместо прямых измерений значения. Это позволяет наглядно проследить, каким образом изменился определенный параметр компонента в зависимости от температуры, частоты, величины токового смещения и т. п. Функцию можно применить к первичному или вторичному параметру либо к обоим одновременно:
- Режим абсолютного отклонения. Значение отклонения представляет собой разность между фактическим измеренным значением параметра и сохраненным исходным значением: ΔAbs = X−Y.
- Режим отклонения, выраженного в процентах. Значение отклонения представляет собой разность между фактическим измеренным значением параметра и сохраненным исходным значением в процентах: Δ% = (X−Y)/Y×100 [%].
Режимы запуска измерений: INT (внутренний), MAN (ручной), EXT (внешний), АКИП6103 имеет дополнительный вид BUS (по шине LAN). Если выбран режим триггера INT, то измерения выполняются автоматически (то есть непрерывно). В режиме MAN (ручной) измерения проводятся поочередно одно за другим только при каждом очередном нажатии клавиши [TRIG]. Эти возможности обеспечиваются не только для режима отображения результата измерения на дисплее, но также в режимах «Таблица» и «График».
Функцией «DELAY/Задержка» можно задать требуемое время задержки при выполнении измерения (Trigger Delay Time) в диапазоне 1 мс 60с (с разрешением 1 мс). С помощью программирования задержки обеспечивается надежная и устойчивая связь между тестируемым устройством и прибором. Функция наиболее востребована в случае формирования автоматизированной системы измерений.
Измерители имеют ячейки памяти для типовых настроек, что позволяет сохранять установленные системные параметры (профили) во внутренней энергонезависимой памяти. Эти данные в виде файлов профилей настроек при выключении питания не будут утрачены. АКИП6103 сохраняет до 10 профилей, АКИП6105 до 520. Для вызова требуемых параметров во время следующего сеанса работы достаточно загрузить только соответствующие файлы, не вводя параметры заново, что, безусловно, повышает эффективность работы. При включении питания по умолчанию активируется профиль измерения, сохраненный в ячейку № 0 (режим, параметры, частота, уровень тестсигнала и т. п.).
Программирование измерителей, ДУ и вывод результатов измерений осуществляется с помощью интерфейсов RS232, USB, LAN (опция GPIB/КОП).
Таким образом, АКИП6103, АКИП6105 универсальные измерители RLCпараметров, способные проводить быстрые и точные измерения иммитанса на частотах до 1 МГц.