Источники электропитания Keysight Technologies и приборы для их тестирования

Разновидности источников электропитания

Массовые химические элементы и аккумуляторы (рис. 1) обладают низким напряжением и токами разряда от микроампер до единиц и десятков ампер. Их габариты, вес и конструкция зависят от емкости, измеряемой в ампер-часах. После того как запас емкости исчерпан, батареи из гальванических элементов приходится выбрасывать или утилизировать. Аккумуляторы допускают сотни и тысячи циклов заряда/разряда и используются многократно.

Рис. 1. Элементы и батарейки различного типа

Некоторые батарейки малой мощности имеют беспрецедентное распространение, например источники автономного электропитания мобильных и сотовых телефонов, смартфонов, коммуникаторов, MP3‑плееров, карманных компьютеров и электрических фонарей. Их количество исчисляется многими миллиардами, они и применяющие их устройства выпускаются крупносерийно во многих странах. Так, лидер в изготовлении мобильной электроники — компания Apple (США) является первой в мире по объему капитализации! Постоянно растет и производство аккумуляторных батарей большой мощности для электромобилей и других транспортных средств, подводных лодок и т. д. Их исследованием и разработкой занимается огромное число специалистов и ученых.

Многие подобные устройства основаны на системах и приборах двунаправленного преобразования и рекуперации энергии. Примерами таких систем могут служить:

• Аккумуляторные батареи различного типа.
• Суперконденсаторы с огромной емкостью.
• Мотор-генераторные установки.
• Двунаправленные преобразователи постоянного тока.
• Системы управления аккумуляторными батареями (BMS).
• Рекуперативные тормозные системы.

Стационарные устройства получают энергию от сетевых источников электропитания, в том числе от встроенных и лабораторных, с мощностью от единиц ватт до 1–2 кВт и выше, в промышленности и на транспорте. При тестировании многих устройств с автономным питанием применяются лабораторные источники питания с приборами для контроля разнообразных параметров (рис. 2). Подобную аппаратуру выпускает корпорация Keysight Technologies, наследница знаменитых компаний Agilent и Hewlett Packard [2, 3–6].

Рис. 2. Некоторые источники питания и анализатор фирмы Keysight Technologies

Схемы тестирования и контроля источников электропитания

Простейшая методика проверки параметров источников постоянного тока сводится к их подключению к нагрузке и довольно трудоемкому многократному измерению тока и выходного напряжения источника питания (рис. 3а). Эта схема общеизвестна [1] и имеет множество недостатков. Для источников с малым напряжением (например, гальванических, аккумуляторных и солнечных батарей) падение напряжения на шунте амперметра создает значительную погрешность измерения. При погрешности, превышающей 1–2%, это еще возможно, но для высокоточных измерений уже недопустимо.

Рис. 3. Схемы тестирования:
а) простейшая;
б) с идеальным амперметром

Заряд и разряд происходят по изменяющимся во времени довольно сложным зависимостям, но снятие их и построение графиков невозможно, как и оценка динамических показателей источников питания и времени заряда и разряда. Наконец, не предусмотрен заряд и разряд по определенным функциональным зависимостям, что часто происходит на практике и нередко позволяет сократить время заряда и разряда в десятки и даже сотни раз. А, например, для определения емкости батарей (в А·ч) нужен их разряд постоянным во времени током до минимально возможного напряжения. Иначе надо применять довольно сложный интегратор тока.

При измерении тока некоторые электронные измерительные приборы обладают практически нулевым сопротивлением благодаря специальным микросхемам с глубокой обратной связью [2]. Так, Keysight выпускает инновационную модель источника/измерителя N6781A, способного действовать как амперметр с нулевым сопротивлением. Это позволяет реализовать усовершенствованную схему с амперметром, имеющим практически нулевое падение напряжения (рис. 3б).

Если же выполняется измерение параметров источников электропитания массовых устройств мобильной и сотовой связи, приходится использовать модификации измерительных схем, учитывающих специфику их работы (рис. 4). Часто при этом требуется и контроль радиочастотных параметров тестируемой аппаратуры.

Рис. 4. Измерение параметров электропитания устройств мобильной связи

Современная система тестирования (рис. 5), конечно же, базируется на персональном компьютере (ПК), настольном или портативном. Обычно в ней используется программируемый источник питания тестируемого устройства и цифровой измеритель выходного напряжения и тока. При наличии специального ПО обеспечиваются любые методики измерения и функциональные зависимости зарядного/разрядного тока, а также осуществляется контроль динамических параметров как источников питания, так и потребителей электроэнергии.

Рис. 5. Современная система тестирования устройств с аккумуляторным питанием

Лабораторные источники электропитания

Выходные напряжения источников могут иметь положительную и отрицательную полярности. Для токов принято считать, что положительный ток втекает в тестируемое устройство, а ток источника — разрядный. Соответственно, отрицательный ток втекает в источник питания и представляет собой ток его заряда. В общем случае зависимость «напряжение-ток» является 4‑квадрантной (риc. 6).

Рис. 6. 4 квадрантная диаграмма напряжений и токов

Назначение лабораторных источников электропитания сводится к питанию тестируемых устройств или к замене ими автономных источников электропитания в процессе тестирования различных устройств и систем. Аналоговые источники обеспечивают высокое качество тока — малые пульсации и шумы, а также высокую стабильность выходного напряжения (тока). Источники с импульсным преобразованием постоянного напряжения в переменное, с последующим выпрямлением, имеют высокий КПД и меньшие габариты и вес. Но качество их выходного напряжения хуже.

Название «источники питания постоянного тока» очень неточно отражает возможности подобных современных приборов. Во‑первых, скорее всего, это источники напряжения, а не тока. Во‑вторых, напряжение и токи заряда/разряда меняются по сложному временному закону. Правильнее сказать, что они являются источниками меняющегося и регулируемого в широких пределах напряжения одной полярности. Такие источники выпускаются в огромных масштабах большим числом фирм. Например, только Keysight Technologies изготавливает свыше 300 типов подобных источников. Ввиду их общеизвестности данные источники в этом обзоре даже не рассматриваются.

Современные лабораторные источники не только имеют программируемые и регулируемые выходное напряжение и ток с установкой допустимых пределов, но и возможность их изменения по заданному функциональному закону и имитацию изменения в динамике. Напряжение и ток контролируются цифровыми приборами с высокой точностью и разрядностью. Обычно погрешность задания напряжения составляет от нескольких долей процента до тысячных долей у прецизионных моделей. По выходной мощности они делятся на устройства малой (примерно до 50 Вт), средней (от 50 Вт приблизительно до 1 кВт) и большой мощности. От этого зависят, прежде всего, габариты и масса источников питания. Максимальное выходное напряжение обычно меньше 200–300 В. Особую группу образуют редко применяемые высоковольтные источники питания.

Keysight Technologies выпускает прецизионные и малошумящие 6,5‑разрядные источники (B2961A и B2962A) в небольших и удобных для работы корпусах (рис. 7) [4]. Это компактные и недорогие настольные устройства. Они прекрасно подходят для измерения вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов с высоким разрешением и точностью. Имеют инновационный графический пользовательский интерфейс с четырьмя режимами отображения (одно окно, два окна, графический режим и прокрутка), что значительно повышает удобство и производительность лабораторных испытаний, отладки и измерения характеристик. Источники B2961A/62A выпускаются со сверхмалошумящим фильтром (ULNF).

Рис. 7. Прецизионные и малошумящие лабораторные источники Keysight Technologies

Приборы обеспечивают получение напряжения в диапазоне от 100 нВ до 210 В и тока от 10 фА до 3 А (постоянного тока)/10,5 А (в импульсном режиме). При этом поддерживается очень низкий уровень шумов — 10 мкВ ср.кв. и 1 нВ ср.кв./√Гц (на частоте 10 кГц). В источнике предусмотрены новые функциональные возможности, такие как графическое представление выходных сигналов и генерация сигналов произвольной формы с частотой от 1 мГц до 10 кГц. Источники измеряют напряжения до 210 В и токи до 3 А (постоянного тока) или 10,5 А (импульсного тока) с помощью одного прибора. Разрешение выходных сигналов и измерений — от 10 фА и 100 нВ.

Примером современного источника электропитания малой мощности может служить прибор фирмы Keysight Technologies, выполненный в виде модуля серии N6700 [5, 6]. Он используется для создания многоканальных источников питания в настольном или стоечном исполнении, а также в составе измерителя/источника серии. Большинство модульных источников 2‑квадрантные (рис. 8а) и рассчитаны на питание транзисторных устройств и устройств, построенных на интегральных микросхемах. Поставляется и 4‑квадрантный модуль общего назначения N6784A (рис. 8б).

Рис. 8. Диаграммы маломощных модульных источников серии N6700:
а) 2 квадрантная;
б) 4 квадрантная

Выходные параметры модулей источников питания малой мощности:

• Напряжение: до 20 В, ток: до ±3 А и мощность до 20 Вт.
• Погрешность контроля напряжения: предел 20 В — 0,025% + 1,8 мВ; предел 6 В — 0,025% + 600 мкВ.
• Погрешность контроля тока: пределы 3 А и 1 А — 0,04% + 300 мкА; или предел 300 мА — 0,03% + 150 мкА.
• Переходная характеристика: спад напряжения менее 30 мВ при переходных токах до 0,15 А/мкс.
• Погрешность измерения (при (23 ±5) °C):
• напряжение: на пределе 20 В — 0,025% + 1,2 мВ,
• тока: на пределе 3 А — 0,03% + 250 мкА, на пределе 100 мА — 0,025% + 10 мкА, на пределе 10 мкА — 0,025% + 8 нА.

Модульная система питания постоянного тока серии 6000 компании Keysight Technologies объединяет до восьми выходов в одном корпусе (рис. 9). Модульная конструкция экономит место в стойке, упрощает сборку и кабельную разводку. Применение легко заменяемых модулей облегчает переконфигурацию и ремонт.

Рис. 9. Многоканальная модульная система серии 6000

Основные особенности системы:

• До 8 выходов с мощностью 150 Вт на выход, занимает 4U высоты в стойке.
• Имеются модули мощностью 150 Вт с напряжением от 8 до 200 В и током от 0,75 до 16 А.
• Встроенный измеритель, режим списка и опциональная клавиатура для ручного управления значительно облегчают работу
• Полная защита от сверхтоков и перенапряжений.
• Управление с компьютера через удобный интерфейс.

Источники питания средней мощности компании Keysight Tech-nologies класса Advanced Power System — (APS) обычно имеют настольное или стоечное исполнение, а также довольно большие габариты и вес (рис. 10). Серии N6900 и N7900 — это источники питания класса APS мощностью 1 и 2 кВт, допускающие расширение до 10 кВт, предназначенные для приложений, требующих быстрого динамического изменения напряжения и высокоскоростных измерений. Источники питания этой серии с архитектурой VersaPower предлагают наиболее передовые функции и технические характеристики, необходимые для выполнения быстрых и сложных измерений, а также интегрированные функции, сокращающие время разработки и затраты на поддержку. Всего поставляется 24 модели источников класса APS.

Рис. 10. Источники питания средней мощности класса APS компании Keysight Technologies:
а) источник питания с выходной мощностью 2 кВт в корпусе высотой 2U;
б) модуль рассеивания мощности, предназначенный для использования с источником питания с выходной мощностью 1 кВт, в корпусе высотой 1U;
в) источник питания с выходной мощностью 1 кВт, в корпусе высотой 1U

На задней панели источников расположены разъемы для их соединения между собой. Обычно разъемы применяются для параллельного или последовательного подключения нескольких источников. Каждая модель семейства APS может действовать не только как источник тока и напряжения, но и как электронная нагрузка, что идеально подходит для тестирования аккумуляторных батарей. При совместном использовании с блоком рассеивания мощности N7909A источник питания способен работать в полном 2‑квадрантном режиме. Источники позволяют задавать различные формы (в основном простые) изменения выходного напряжения — например, показанные на рис. 11 и необходимые для исследования динамических процессов в тестируемых устройствах.

Рис. 11. Осциллограммы выходного напряжения в динамике (источник N7951A)

Изготавливаются также электронные нагрузки (например, серии N3300), которые применяются как эквивалент регулируемой нагрузки источников питания и потребляют ток от тестируемого источника. Их мощность составляет от 100 до 600 Вт при максимальном напряжении от 60 до 150 В и максимальном токе от 30 до 120 А. Число входов: 1 (серия N6060B), 2 (N3300A) и 6 (N3301A).

Универсальные источники/измерители серии N6700

Вот уже несколько лет выпускаются анализаторы (источники/измерители) фирмы Agilent (ныне Keysight Technologies) серии N6700 c разной мощностью и конфигурацией. Так, новая модель N6705B [7] для тестирования аккумуляторных батарей (рис. 12) представляет собой комбинацию из цифрового мультиметра с амперметром, имеющим нулевое сопротивление, цифрового запоминающего осциллографа, генератора сигналов произвольной формы, регистратора данных до 4 модулей программируемых источников электропитания. То есть в источнике/измерителе предусмотрен набор приборов, позволяющих реализовать любую методику измерения внешних источников и любую нужную измерительную схему. Анализатор оснащен простым пользовательским интерфейсом, в котором все основные функции источников и измерителей доступны с передней панели.

Рис. 12. Новый модульный источник питания — анализатор постоянного тока N6705B

Благодаря модульному принципу конструирования можно создавать любую заданную пользователем конфигурацию. Сняв верхнюю крышку с прибора, не трудно поменять модули электропитания (рис. 13).

Рис. 13. Смена модулей питания

Откидная подставка внизу прибора позволяет удобно располагать его на рабочем столе рядом с персональным компьютером или ноутбуком (рис. 14).

Рис. 14. Анализатор N6705B, установленный на подставку, рядом с ноутбуком

Он может также встраиваться в стандартную стойку (рис. 15). Словом, предназначен для организации рабочего места любого вида.

Рис. 15. Анализатор N6705B в стойке для измерительных приборов

Анализатор Keysight N6705B упрощает выполнение следующих задач:

• Настройка и просмотр представляющих интерес последовательностей включения/выключения.
• Измерение и отображение на экране дисплея зависимостей напряжения и тока от времени, для наглядного представления величины мощности.
• Контроль скорости нарастания/спада напряжения/тока источника.
• Генерирование переходных процессов и искажений в источнике напряжения/тока.
• Регистрация данных в течение секунд, минут, часов и даже суток для отслеживания потребления тока или захвата аномалий.
• Сохранение данных и изображений экрана во внутренней памяти прибора или на внешних запоминающих устройствах USB.
• Сохранение с присвоением имени файлов с настройками и результатами тестирования для упрощения повторного использования.
• Возможность совместного применения настроек несколькими пользователями.

Ключевые возможности и технические характеристики приборов:

• Базовый блок с четырьмя гнездами для установки до четырех модулей источников питания общей мощностью до 600 Вт (более чем 30 модулей).
• Погрешность вольтметра: до 0,025% + 50 мкВ, разрешение до 18 бит.
• Погрешность амперметра: до 0,025% + 8 нА, разрешение до 18 бит.
• Генератор сигналов произвольной формы: диапазон частот до 100 кГц, выходная мощность до 500 Вт.
• Осциллограф: оцифровка сигналов тока и напряжения с частотой дискретизации до 200 кГц, объем памяти 512 тыс. точек, разрешение до 18 бит.
• Регистратор данных: интервал измерения от 20 мкс до 60 с, максимум 500 млн значений на запись.
• Энергонезависимая память 4 Гбайт для сохранения записей регистратора данных, осциллограмм и настроек прибора.

Если испытываемое устройство это допускает, то тестирование может занять лишь несколько минут и выполняется без программирования — с ручным управлением со стороны передней панели. Анализатор обеспечивает существенное повышение производительности при функционировании в качестве источника и измерителя напряжения и силы постоянного тока в тестируемом устройстве.

Источник/измеритель N6781A может использоваться совместно с низкопрофильной модульной системой питания N6700 в составе автоматизированных испытательных систем или вместе с многоканальным модульным анализатором источников питания постоянного тока N6705B при лабораторных исследованиях. Интерфейсы GPIB, LAN и USB входят в стандартную комплектацию. Прибор соответствует классу C стандарта LXI. Компания Keysight предлагает более 20 модулей источников питания — от базовых до высокоточных, с выходной мощностью от 20 до 300 Вт.

В отличие от других доступных в настоящее время изделий, модель N6781A обладает функциями, которые необходимы для точного анализа потребления мощности мобильных устройств с батарейным питанием. При использовании с программным обеспечением 14585A модель превращается в еще более мощное техническое решение для анализа тока потребления от батареи и дает еще более глубокое понимание результатов измерений.

Основные функции приборов:

• Плавное переключение пределов измерения в динамическом режиме.
• Программируемое выходное сопротивление, позволяющее эмулировать внутреннее сопротивление батареи.
• Практически нулевое сопротивление в режиме амперметра.
• Использование программного обеспечения 14585A для расширенного анализа тока потребления от батареи и статистического анализа с построением дополнительной интегральной функции распределения (CCDF).

Прибор обеспечивает:

• Информацию о разрядке аккумулятора при низком заряде.
• Емкость аккумулятора и реально подаваемую энергию.
• Действительное достигнутое время работы.
• Реальную проверку разряда аккумулятора.

Тестируемое устройство питается от модуля питания постоянного тока с автоматическим переключением диапазонов N6752A, который рассчитан на напряжение до 50 В, ток до 10 A и мощность до 100 Вт. Модуль N6782A установлен в режим амперметра с нулевым падением напряжения и включен последовательно с выходом N6752A. Если ток находится в диапазоне от единиц микроампер до ±3 А, N6782A работает, поддерживая нулевое выходное напряжение, но как только ток становится больше ±3 А, N6782A он переходит в режим ограничения тока и напряжение на его выходе возрастает. В этот момент открывается один из ограничительных диодов и пропускает ток, превышающий 3 А.

Примеры работы с источником/измерителем серии N6700

Небольшой размер экрана дисплея источника/измерителя не мешает отображать параметры источников питания в текстовом формате, что показано на рис. 16.

Рис. 16. Вид окон с алфавитно-цифровой информацией

В режиме осциллографа графическая информация отображается без особых изысков, но с вполне умеренным качеством (рис. 17). При необходимости высококачественного отображения графиков можно воспользоваться программным обеспечением для работы совместно с внешним компьютером, имеющим дисплей с большим экраном.

Рис. 17. Окна просмотра графической зависимости и установки параметров

Источники питания анализаторов серии могут создавать сигналы различной формы, что нужно для организации тестирования в динамическом режиме. Окно выбора формы сигнала показано на рис. 18а, а установки синусоидальной формы — на рис. 18б.

Рис. 18. Окна установки:
а) формы;
б) синусоидального сигнала

Построение диаграмм разрядного тока аккумуляторной батареи в режиме постоянного тока представлено на рис. 19. В ходе разряда напряжение батареи плавно спадает во времени. Обычно в конусе разряда напряжение начинает уменьшаться резко, и процесс разряда завершается при определенном уровне напряжения для каждой батареи.

Рис. 19. Диаграмма разрядного тока аккумулятора

Кроме того, строятся и диаграммы зависимости зарядного тока, и другие диаграммы (рис. 20). Они могут сочетаться с отображением значений различных параметров и выводом таблицы автоматических измерений.

Рис. 20. Различные диаграммы и таблица автоматических измерений

В некоторых применениях особое значение имеет уровень собственных шумов выходного напряжения источника электропитания (рис. 21).

Рис. 21. Диаграмма распределения уровня собственного шума

Для снижения уровня шумов обычно применяется конденсатор, шунтирующий вход напряжения питания тестируемого устройства. Электролитические конденсаторы хорошо подавляют низкочастотные пульсации напряжения питания, но плохо справляются с шумами и высокочастотными наводками. Для подавления последних существуют пленочные конденсаторы умеренной емкости. Однако установка конденсаторов на входе питания приводит к ухудшению динамики источника питания и появлению большого выброса зарядного тока конденсатора (рис. 22).

Рис. 22. Диаграмма динамики подключения к тестирующему устройству с конденсатором на входе питания

Программное обеспечение 14585A

Некоторые недостатки источников/измерителей (анализаторов) успешно ослабляются и даже устраняются их совместной работой с компьютером и примененным в нем специальным программным обеспечением. Так, программа 14585A поддерживает следующие расширенные функции:

• Расширенная обработка и анализ данных с помощью привычного интерфейса ПК на большом дисплее.
• Одновременное управление четырьмя источниками питания серии N7900.
• Четыре режима работы: осциллограф (непродолжительный захват сигналов), регистратор данных (долговременный захват сигналов), статистический анализ с помощью комплементарной интегральной функции распределения и генератор сигналов произвольной формы.
• Графический интерфейс пользователя, не требующий программирования.
• Точная регистрация потребляемого тока в течение от нескольких секунд до нескольких дней прямо на ПК.
• Расширенные измерения с маркерами (минимум, среднее значение, максимум, среднеквадратическое значение, значение от пика до пика, заряд/энергия).
• Возможность создания сложных сигналов для имитации реального источника или нагрузки. Сигналы можно задать формулой или составлять из встроенных или импортированных сигналов.
• Регистрация результатов измерения прямо на ПК.
• Экспорт данных в таблицу Microsoft Excel или в текстовый файл.
• Возможность захвата и последующего воспроизведения сигнала. Захват выполняется с помощью осциллографа или регистратора данных, а для воспроизведения используется функция источника/нагрузки.
• Применение математических функций к захваченным сигналам.
• Возможность наименования и выбора цвета сигналов для упрощения идентификации.
• Лучшие в отрасли технические характеристики и расширенные измерительные функции источников питания серии APS N7900.
• Полный 2‑квадрантный режим работы для тестирования аккумуляторов.
• Возможность одновременного измерения тока и напряжения с точностью, свойственной настольным цифровым мультиметрам.
• Дигитайзеры тока и напряжения высокого разрешения для выполнения динамических измерений.
• Встроенная функция параллельного соединения для получения суммарной мощности до 10 кВт.
• Интеллектуальный запуск для защиты дорогостоящих тестируемых устройств.
• Программируемые скорости нарастания/спада до 500 мкс.
• Интерфейсы LAN (LXI-C), USB, GPIB в стандартной конфигурации.

Большой размер дисплея компьютера, на котором установлено программное обеспечение, позволил существенно доработать графический интерфейс пользователя GUI и повысить четкость отображения данных и графических диаграмм. На рис. 23 представлена диаграмма разряда аккумулятора постоянным током. Диаграмма отличается четкостью и большими размерами.

Рис. 23. Диаграмма разряда постоянным током

На рис. 24 показаны диаграмма заряда аккумуляторной батареи постоянным током и временной зависимости мощности источника питания.

Рис. 24. Диаграмма заряда аккумулятора и временной зависимости мощности источника питания

Некоторые виды тестируемых устройств характеризуются различной мощностью потребляемого тока в динамике. Например, у сотовых и мобильных телефонов в режиме ожидания потребляемая мощность и ток очень малы, а в режиме передачи данных резко возрастают. На рис. 25 изображены типичные временные диаграммы потребляемого сотовым телефоном тока в основных режимах его работы: ожидания, приема и передачи.

Рис. 25. Диаграммы тока, потребляемого сотовым телефоном

Новейший анализатор мощности PA2201A

Некоторые недостатки источников/измерителей были устранены в новейшей разработке компании — анализаторе мощности PA2201A [8]. Теперь вы можете видеть, измерять и контролировать характеристики проектируемого устройства. В анализаторе мощности Keysight PA2200A серии IntegraVision сочетаются точное измерение мощности и возможность осциллографического представления сигналов на сенсорном экране. Выпускаются различные варианты анализатора (рис. 26).

Рис. 26. Анализатор мощности Keysight PA2200A серии IntegraVision

Расположение органов управления и подключения внешних устройств на задней панели прибора показано на рис. 27.

Рис. 27. Задняя панель анализатора мощности Keysight PA2200A

Новый анализатор имеет сенсорный дисплей большого размера и очень удобное управление указательным пальцем руки (рис. 28) или с помощью палочки-стило. Это позволило усовершенствовать графический интерфейс пользователя, сократить число органов управления на передней панели и заметно облегчить работу с прибором.

Рис. 28. Сенсорное управление анализатором мощности Keysight PA2200A

Ключевые возможности и технические характеристики:

• Измерение напряжения до 1000 В с использованием входов с гальванической развязкой и входов, изолированных от цепей заземления (категория II).
• Измерение силы и напряжения постоянного и переменного тока, суммы постоянной и переменной составляющих.
• Основная относительная погрешность измерений: 0,05% на частоте 50/60 Гц.
• Скорость оцифровки 5 млн выб/с с разрешением 16 разрядов для всех сигналов одновременно.
• Измерение напряжения до 1000 В среднеквадратичного значения (СКЗ) в полосе частот до 2 МГц.
• Прямое измерение силы тока с использованием двух встроенных шунтов (до 2 А СКЗ и до 50 А СКЗ) в полосе частот до 100 кГц.
• Поддержка внешних токовых пробников и преобразователей с выходным сигналом до 10 В на полную шкалу в полосе частот до 2 МГц.
• Настольное исполнение, компактные габаритные размеры, емкостный сенсорный дисплей с диагональю 30,7 см (12,1″).

Прибор обеспечивает визуальное представление динамичных сигналов, что позволяет наблюдать, измерять и контролировать характеристики разрабатываемых устройств (рис. 29).

Рис. 29. Контроль тока разряда аккумулятора

Благодаря способности создавать различные тестовые сценарии, наличию входов с гальванической развязкой и возможности их гибкой конфигурации в широких пределах инженеры могут быстро, с высокой точностью и достоверностью выполнять работы по проектированию и аттестации электронных устройств. Прибор способен отображать переходные процессы, пусковой ток и изменение состояния с помощью быстродействующего дигитайзера, который захватывает сигналы тока и напряжения в режиме реального времени (рис. 30).

Рис. 30. Окно со сценарием тестового сигнала

Кроме того, прибор обеспечивает возможность анализа потерь мощности во временной и частотной областях. Пример задания диаграммы и ее параметров приведен на рис. 31.

Рис. 31. Окно с указанием параметров заданной диаграммы

Анализаторы полупроводниковых приборов и характериографы

К специальным типам можно отнести источники питания полупроводниковых приборов. Предназначенные для тестирования анализаторы полупроводниковых приборов серии B1500A (рис. 32) представляют собой высокоточные настольные устройства для точного и быстрого выполнения различных измерений и анализа [9]. Они позволяют измерять уникально широкий диапазон характеристик с высокой достоверностью результатов. Анализатор поддерживает питание полупроводниковых приборов и определяет вольт-амперные характеристики (ВАХ) и вольт-фарадные характеристики (ВФХ).

Рис. 32. Анализатор полупроводниковых приборов B1500A

Наличие десяти слотов позади прибора позволяет по мере необходимости добавлять в анализатор новые измерительные модули (рис. 33). В особых случаях используются внешние источники электропитания. Встроенное программное обеспечение Agilent EasyEXPERT, имеющее графический пользовательский интерфейс и работающее под управлением встроенной ОС Windows 7 на платформе анализатора B1500A, повышает эффективность измерения характеристик полупроводниковых приборов.

Рис. 33. Задняя панель анализатора полупроводниковых приборов

В B1500A имеется множество прикладных программ для испытаний, создающих интуитивную и мощную среду для тестирования и анализа. Это облегчает быстрое получение точных электрических характеристик и качественных оценок устройств, материалов, полупроводниковых приборов, активных и пассивных компонентов.

С анализатором используется специальное программное обеспечение EasyEXPERT и Desktop EasyEXPERT, поддерживающее его работу в качестве самостоятельного прибора или совместно с внешним настольным ПК или ноутбуком. На рис. 34 показан экран с семейством ВАХ транзистора, построенным с помощью анализатора с указанным программным обеспечением.

Рис. 34. Экран с построенным семейством ВАХ

Специфика контроля полупроводниковых приборов (особенно мощных, сильноточных и высоковольтных) заключается в очень широком диапазоне тестирующих напряжений и токов. Чтобы чрезмерно не увеличивать габариты прибора вследствие возрастания мощности источников питания и обеспечения приемлемого теплового режима тестирования полупроводниковых приборов, приходится использовать импульсный режим (рис. 35). Причем каждая кривая ВАХ снимается при заданной амплитуде импульса на затворе, а импульсы напряжения стока имеют амплитуду, нарастающую по ступенчатому закону. Этот процесс повторяется для всех кривых семейства ВАХ. Из реальных импульсов делаются вырезки, устраняющие переходные процессы и повышающие четкость построения ВАХ.

Рис. 35. Снятие ВАХ в импульсном режиме

Для измерения вольт-фарадных характеристик емкости полупроводниковых приборов (рис. 36) предусмотрен специальный блок, реализующий возможность измерения малых нелинейных емкостей при 4‑кабельной измерительной схеме [10]. Измерение емкостей требуется для многих типов полупроводниковых приборов, особенно полевых транзисторов, емкость которых — основной фактор, определяющий их быстродействие.

Рис. 36. Зависимости емкости полевого транзистора от напряжения

Анализатор силовых полупроводниковых приборов/характериограф Agilent B1505A способен измерять характеристики силовых устройств от субпикоамперного уровня до 10 кВ и 1500 А (импульсным методом) [11]. Такие возможности позволяют определять характеристики новых силовых полупроводниковых приборов, например биполярных и полевых транзисторов с изолированным затвором, новых полупровод-никовых материалов, таких как GaN и SiC.

Анализаторы имеют следующие характеристики и возможности:

• В одном приборе обеспечено измерение и построение вольт-амперных характеристик от субпикоамперного диапазона до 10 кВ и 1500 А.
• Измерение и построение вольт-фарадных характеристик при напряжении смещения до 3000 В.
• Импульсные измерения с использованием импульсов большой мощности с длительностью от 10 мкс.
• Возможность измерения сопротивления открытого канала транзистора порядка нескольких микроом.
• Представление в виде осциллограммы для проверки формы импульсов тока/напряжения.
• ПО EasyEXPERT, работающее под управлением ОС MS Windows, упрощает обработку и анализ данных.
• Возможность модернизации и масштабирования аппаратной части.

Заключение

Массовое применение источников постоянного тока, конечно, не осталось без внимания крупной международной корпорации Keysight Technologies. Продолжая традиции Agilent, она поставляет на мировой рынок свыше 300 моделей таких источников и создала ряд высококачественных измерителей и анализаторов их параметров. Особое значение придается контролю автономных источников электропитания малой мощности, таких как батареи химических элементов и аккумуляторные батареи, а в последнее время и анализаторов характеристик различных полупроводниковых приборов, особенно мощных, сильноточных и высоковольтных.