Пять аргументов в пользу источников-измерителей

Что такое источник-измеритель?

Источник-измеритель представляет собой испытательный прибор, сочетающий в себе источник питания, электронную нагрузку и цифровой мультиметр с высоким разрешением. Источники-измерители помогают определять характеристики полупроводников, контролировать энергопотребление микроконтроллеров или имитировать батареи для устройств интернета вещей.

Главное различие между источником-измерителем и настольным источником питания заключается в том, что источник-измеритель может выступать в роли источника и потребителя тока, а также отличается высоким разрешением при считывании и программировании.

Примеры основных измерений на источнике-измерителе

Источник-измеритель способен отслеживать динамические изменения. Например, в режиме ожидания устройство Bluetooth® Low Energy может потреблять ток в размере нескольких наноамперов, однако для считывания датчика и передачи результатов ему могут требоваться сотни миллиамперов. Источник-измеритель позволяет измерить оба этих диапазона тока, при этом подавая электропитание на испытуемое устройство.

Другим видом измерения на источнике-измерителе является определение характеристик полупроводниковых устройств. Выходные разъемы четырехквадрантного источника-измерителя выступают в роли источника или потребителя тока независимо от своей полярности. Таким образом можно определять прямые и обратные характеристики полупроводниковых устройств (например, диодов) с помощью только одного прибора.

Далее представлены пять областей применения источников-измерителей в целях определения характеристик испытуемых устройств.

1. Источник-измеритель в качестве источника питания или электронной нагрузки

Источник-измеритель комбинирует в себе три различных прибора, поэтому он имеет множество сценариев использования. Начинающие разработчики могут применять источник-измеритель в качестве настольного источника питания с различными функциями защиты, такими как защита от перенапряжения и ограничение по току. Кроме того, встроенный 6,5-разрядный мультиметр может измерять напряжение, ток и потребляемую мощность при подаче электропитания на испытуемое устройство.

В отличие от автономного настольного источника питания, двухквадрантный источник-измеритель может быть источником или потребителем тока. В режиме потребителя источник-измеритель работает аналогично электронной нагрузке. Электронную нагрузку можно сравнить с программируемым резистором. Нагрузку можно перевести в режим работы с постоянным падением напряжения, постоянным потреблением тока или постоянным сопротивлением испытуемого устройства.

Источники-измерители, такие как серия R&S®NGU201, способны автоматически переключаться между источником и нагрузкой. Такая гибкость позволяет имитировать зарядку и разрядку батареи вашего устройства.

2. Регистрация точных измерений напряжения на источнике-измерителе

Встроенный в источник-измеритель цифровой мультиметр позволяет контролировать напряжение, ток и энергопотребление в режиме источника или потребления тока. Мгновенные значения удобно выводятся на передней панели или передаются через команды дистанционного программирования. Изменение этих значений по времени играет важную роль при определении характеристик устройства.

Источник-измеритель регистрирует эти измерения с частотой 500 тысяч отсчетов в секунду. Таким образом он выступает в роли прибора для регистрации данных. Например, вы можете сохранить собранные данные в файл CSV на USB-носителе в целях дальнейшего подробного анализа. Также возможен вывод графиков непосредственно на дисплей на передней панели.

В дополнение к сбору данных, вы можете повысить точность с помощью «компенсирующих» входов источника-измерителя. Ввиду потерь в кабелях между источником-измерителем и испытуемым устройством напряжение на разъемах передней панели превышает напряжение на испытуемом устройстве. Выделенные «компенсирующие» входы с отдельными кабелями, подключенными ко входу испытуемого устройства, позволяют источнику-измерителю компенсировать эти потери и повысить точность измерений.

Еще одно усовершенствование касается модели R&S®NGU201. Здесь имеется дополнительный цифровой вольтметр, который можно разместить в любой точке цепи. С его помощью можно, например, контролировать состояние батареи или выхода локализованного к нагрузке преобразователя. Цифровой вольтметр работает параллельно с измерением напряжения. Он контролирует переднюю панель и имеет гальваническую развязку относительно канала.

3. Измерения тока и реакция на изменения нагрузки

Устройства с энергосберегающими режимами ожидания и беспроводными передатчиками отличаются динамическим потреблением тока в диапазоне от нескольких наноамперов до нескольких амперов. Источник-измеритель способен точно измерять эти широкие диапазоны тока, подавая электропитание на испытуемое устройство.

Когда испытуемое устройство изменяет свое состояние, происходит внезапный скачок в потреблении тока. Настольному источнику питания требуется некоторое время, чтобы среагировать на изменение нагрузки. Традиционные автономные источники питания могут медленно реагировать на подобные изменения. В отличие от них, приборы серии R&S®NGU способны реагировать на изменение нагрузки в течение менее 30 микросекунд.

4. Определение характеристик полупроводниковых устройств с помощью четырехквадрантного источника-измерителя

При определении характеристик полупроводниковых устройств, как правило, требуются источник и потребитель тока с прямой и обратной полярностью. В качестве примера рассмотрим диод.

Для построения вольт-амперной характеристики диода необходимо измерить потребляемый ток от отрицательного напряжения до достижения положительного прямого напряжения. Традиционный источник питания или двухквадрантный источник-измеритель может предоставить отрицательное напряжение, однако для переключения между отрицательным и положительным напряжением требуется ручное вмешательство — например, физическая смена пробников. В отличие от этого, четырехквадрантный источник-измеритель поддерживает плавное переключение между отрицательным и положительным выходом по мере прохода через диапазон напряжения.

5. Имитация батарейного питания устройств

Срок полезного использования устройств с батарейным питанием связан со множеством трудностей. Одна из них заключается в том, что батареи хранят энергию химическим путем. В результате их мощность может колебаться в зависимости от химического состава, температуры и нагрузки. Еще одна трудность состоит в том, что эффективность преобразователя постоянного тока изменяет входное напряжение и выходную нагрузку.

Невозможно проверить все возможные варианты с физическими батареями, особенно если вы хотите испробовать различные электролиты (например, литий-ионная или литий-полимерная конструкция). На помощь приходят источники-измерители R&S®NGU, которые способны имитировать батареи. Вы можете программировать их на основе пользовательских профилей в целях оптимального согласования с вашими условиями окружающей среды.

Источник-измеритель определяет длительность работы вашего устройства в меняющихся условиях — без необходимости в каких-либо дополнительных приборах. Это главное преимущество источников-измерителей, используемых для имитации батарей.

Еще одним важным анализируемым параметром является способность устройства перезаряжать батарею. Используя источник-измеритель в качестве электронной нагрузки, вы можете моделировать различные ситуации, такие как отсутствие батареи, избыточное или недостаточное напряжение, короткое замыкание батареи.