Источник-измеритель/Главная

Эта страница посвящена исследованиям, связанным с разработкой специализированного лабораторного прибора — источника-измерителя (Source Measure Unit, SMU).

Описание

300px|thumb|right|Источники-измерители работают во всех квадрантах вольт-амперной характеристики. Источник-измеритель — комбинированный прибор, являющий собою программируемый источник питания, электронную нагрузку и содержащий встроенные средства измерения напряжения и тока. Таким образом, устройство способно работать во всех четырёх квадрантах вольт-амперной характеристики: быть источником напряжения любой полярности, обеспечивая подачу тока в нагрузку, либо выполнять функции активной нагрузки, потребляя ток из подключенной цепи. Измерения тока и напряжения проходят параллельно, в непрерывном режиме, позволяя выполнять стабилизацию либо вариацию (например, линейную или логарифмическую развёртку) параметра источника (напряжения, тока), соблюдая при этом параметр ограничения (compliance), который будет противоположностью параметру источника. Так, в случае работы в режиме источника тока, ограничивающим параметром будет заданное максимальное напряжение, и наоборот.

С помощью программного управления возможно достижение большого количества специализированных режимов: характериограф для полупроводниковых устройств, имитатор конечной ёмкости и нелинейности вторичных источников питания (батарей, аккумуляторов), цифровой генератор прямого синтеза (DDS), быстродействующий источник для питания микроконтроллеров, работающих в режимах пикового потребления и т.п. Подробнее о применениях.

Мотивация и цели

Существующие на рынке источники-измерители — довольно дорогие приборы. Их стоимость начинается от нескольких тысяч долларов и может достигать $15000. Однако, в отличии от, например, не менее дорогих осциллографов, у этих приборов довольно специфичная область применения — параметризация полупроводниковых приборов, новых материалов в исследовательских лабораториях, питание требовательных физических установок. По этой причине многие радиолюбители не знакомы с данным классом устройств. Однако могли бы найти для него множество применений в быту. Это может быть, например:

• составление ВАХ двух- и четырёхполюсников
• параметризация неизвестных либо неопознанных полупроводниковых приборов
• выяснение КПД самодельных DC-DC преобразователей
• зарядка аккумуляторов любых видов и конфигураций
• испытание устройств со сверхнизким потреблением
• широкое применение в университетских лабораториях: физические опыты, электрохимия, биофизика, материаловедение...

Целью данного исследования является выяснение возможности разработки недорогого источника-измерителя для любительской лаборатории, собранного, по возможности, из широко распространённых компонентов.

Техническое задание

В таблице ниже представлены основные параметры, которые будут учитываться при выборе компонентов и разработке готового устройства. Это не окончательный вариант, по мере прогресса таблица будет дополняться и изменяться.

	Значение	Комментарий
Каналов	2	Для проведения измерений четырёхполюсников (например, каскадов с транзистором)
Диапазон напряжений	±100нВ..±200В	С использованием нескольких диапазонов с различным шагом
Диапазон токов	±1мкА..±5А, ±10А?	В зависимости от режима работы (линейный, импульсный) и потребляемой/отдаваемой мощности
Разрядность измерений	5,5 знаков	В процессе выбора элементной базы будет видно, возможно-ли улучшить разрядность
Режимы измерений	2/4/6-проводные	4-проводные измерения — по схеме Кельвина, 6-проводные — с активным экранированием

Блок-схема

Предварительная блок-схема источника-измерителя: border