Zasilacze SMU - co to jest?

Rys. 1. Przykładowy schemat połączeń zasilacza z badanym urządzeniem

Oba te parametry określają możliwości pomiarowe przyrządu w danej aplikacji. Wszędzie tam, gdzie konieczne jest ustawianie i wykrywanie drobnych zmian sygnałów, przy zachowaniu pewności metrologicznej i wysokiej rzetelności, w aplikacjach pomiarowych pojawiają się SMU, gdyż zapewniają znacznie lepsze opisane parametry niż typowy zasilacz programowalny.

Dużym wyzwaniem w przeprowadzaniu precyzyjnych pomiarów jest obecność rezystancji w przewodach pomiarowych pomiędzy układem badanym (DUT), zasilaczem i układem pomiarowym. Rezystancja przewodów istnieje zawsze, niemniej najwięcej problemów sprawia wówczas, gdy przewody są długie, a impedancja wewnętrzna badanego urządzenia jest niska.

Dla układu pokazanego na rysunku 1, po ustawieniu napięcia zasilacza na 5V przy rezystancji wewnętrznej DUT równej 1kΩ, napięcie zasilające wynosi 4,99V, co dla większości urządzeń nie ma znaczenia, ale przy 100Ω już tylko 4,9V. Błąd tego rzędu w wielu przypadkach może bardzo negatywnie wpłynąć na jakość pomiarów.

Dlatego, w precyzyjnych układach pomiarowych, eliminuje się go za pomocą dwu dodatkowych kabli pomiarowych, poprzez które dokonuje się pomiaru i ustawienia napięcia wyjściowego dokładnie na zaciskach badanego układu. Taką samą metodę wykorzystuje się w precyzyjnych multimetrach przy pomiarach małych rezystancji, które zawierają cztery zaciski pomiarowe: dwa wymuszające w obwodzie prąd i kolejne dwa służące do pomiaru napięcia.

Mimo że w metodzie tej przewody, za pomocą których dokonuje się pomiaru napięcia, nadal mają niezerową rezystancję, jej wpływ jest pomijalnie mały na skutek dużej rezystancji wewnętrznej woltomierza. Dwa dodatkowe zaciski pomiarowe w zasilaczach SMU nazywane są często "Kelwin sense" i urządzenie może z nich korzystać lub nie, w zależności od wymagań.

Praca w czterech ćwiartkach

Tabela 1. Porównanie czterech przykładowych jednostek zasilających w standardzie PXI

Kolejną cechą charakterystyczną jednostek SMU jest duża uniwersalność wyjścia, zdolnego do pracy w czterech ćwiartkach charakterystyki prądowo-napięci owej (rys. 2). Oprócz zasilania odbiornika dodatnim lub ujemnym napięciem wyjściowym, co jest charakterystyczne dla wszystkich zasilaczy programowalnych (ćwiartki I i III), SMU może pracować jako obciążenie, odbierając od DUT prąd przy dodatnim napięciu zasilającym i zasilając DUT prądem przy napięciu ujemnym (ćwiartki II i IV).

Ważne jest także, aby dodatnie i ujemne napięcie wyjściowe było dostarczane za pośrednictwem tych samych zacisków wyjściowych, co pozwala na badanie np. elementów półprzewodnikowych w zakresie charakterystyki przewodzenia i zaporowej jednocześnie. Przykładowy zasilacz PXI-4130 dostarcza ciągłego napięcia wyjściowego znajdującego się w przedziale pomiędzy +20V a -20V.

Z kolei możliwość odbierania prądu od badanego układu, czyli innymi słowy praca jako aktywne obciążenie, pozwala na badanie charakterystyk źródeł zasilających, takich jak akumulatory i baterie, systemów wyposażonych w superkondensatory lub układów zasilania energią odnawialną.

Możliwość pracy w czterech ćwiartkach jest podstawowym wymaganiem przy badaniu układów testujących systemy zasilające w pojazdach elektrycznych oraz testowaniu odporności na zwarcia wyprowadzeń aktywnych elementów półprzewodnikowych. Przykładowy zasilacz SMU PXI- 4130 może dostarczyć do obciążenia 40W mocy (ćwiartki I i III) oraz odebrać 10W, pracując w ćwiartkach II i IV.

Przemiatanie

Rys. 2. Praca w 4 ćwiartkach charakterystyki U-I zasilacza

Podstawowym zadaniem pomiarowym zasilacza typu SMU jest charakteryzacja i klasyfikacja różnych podzespołów elektronicznych, w tym układów półprzewodnikowych. Takich pomiarów dokonuje się poprzez przemiatanie napięcia lub prądu w zadanym zakresie lub dla zaprogramowanych wartości.

Jest to metoda na zdejmowanie charakterystyk U-I, gdzie wymusza się napięcie i mierzy prąd lub odwrotnie. Przemiatanie może być wykonywane w skali liniowej, logarytmicznej lub impulsowo. Przykładowe charakterystyki dla tranzystora bipolarnego zdjęte w ten sposób widoczne są na rysunku 3.

Oferta zasilaczy i jednostek SMU

Rys. 3. Charakteryzacja tranzystora bipolarnego za pomocą SMU PXI-4

W tabeli pokazane zostało porównanie parametrów czterech precyzyjnych źródeł zasilających, znajdujących się w ofercie National Instruments w standardzie PXI. Spośród nich PXI-4110 jest programowalnym zasilaczem ogólnego przeznaczenia, tak samo jak PXI-4130 jest jednostką SMU tego typu.

Poza tym NI ma specjalizowane źródła PXI-4132 typu SMU do pomiarów upływności i szybkich testów związanych z parametryzacją. Z kolei PXI-4154 to symulator ogniw zasilających, zoptymalizowany pod kątem testowania urządzeń mobilnych. Urządzenia te są dostępne w obudowach jedno- i dwuslotowych PXI i charakteryzują się lepszą precyzją niż tradycyjne zasilacze o tych gabarytach.

National Instruments Poland
poland.ni.com