1. ábra. Alkatrész-tesztelési-mérési összeállítás beépített hullámforma-generátoros Agilent InfiniiVision X-sorozatú oszcilloszkóppalAz 1. ábra a mérési összeállítást mutatja InfiniiVision X-sorozatú oszcilloszkóppal. A műszer beépített hullámforma-generátorának kimenete T-elágazással az oszcilloszkóp bemenetére és a bemérendő alkatrészre (továbbiakban: DUT) csatlakozik. Az összeállításban a hullámforma-generátor Usrc-vel jelölt forrásfeszültségét a generátor 50 Ω-os forrásellenállásán keresztül a DUT-re kapcsoljuk, az oszcilloszkóp pedig méri a DUT-n eső feszültséget. Az oszcilloszkópot a hullámforma-generátor triggereli, amely az Agilent InfiniiVision X-sorozatú műszerek esetében belül történik, a hullámforma-generátor mint triggerjelforrás kiválasztásával.
Kondenzátorok bemérése
Kondenzátorok beméréséhez 10 Hz frekvenciájú, 100 mVp-p amplitúdójú gerjesztő négyszögjelet célszerű használnunk. Az alacsony feszültség használata lehetővé teszi az alkatrészek in-circuit tesztelését a hozzájuk esetlegesen csatlakozó, félvezetős alkatrészek előfeszítése nélkül, továbbá az alacsony feszültség a polaritásfüggő kondenzátoroknál minimalizálja a szivárgási visszáramot, ezzel javítva a mérés pontosságát.
Kondenzátor DUT esetében az áramköri hálózat egy klasszikus R-C tag, melyben R-t, a rezisztív elemet a hullámforma-generátor 50 Ω-os impedanciája adja. Az oszcilloszkóp bemeneti impedanciája 1 MΩ, amely több nagyságrenddel magasabb a generátor 50 Ω-jánál, ezért elhanyagolható. A pontos mérés érdekében célszerű a tesztrendszer kapacitását megmérni, és azzal kompenzációt végrehajtani. A bemérés alatt álló kondenzátor kapacitása a 10% → 90% felfutásiidő-mérés alapján, képlettel számítható.
A 2. ábra csatlakoztatott DUT nélküli, illetve egy 1 nF kapacitású kondenzátoron végzett, oszcilloszkópos mérés eredményét mutatja. A zaj átlagolással kerül csökkentésre, valamint bekapcsolt állapotban van a minimumfeszültség-, a 10% → 90% felfutásiidő-, valamint a 90% → 10% lefutásiidő-mérés. A teljes átmenet megjelenítése érdekében óvatosan kell eljárni az oszcilloszkóp vízszintes eltérítésének beállításakor, hiszen ügyelni kell arra is, hogy ne legyen túl lassú a műszer, és ne veszítsünk el értékes felbontást. Az ökölszabály szerint a vízszintes eltérítést a mért felfutási vagy lefutási idő fele és duplája közé kell beállítani, tehát például 175 ns felfutási idő esetén a 100 vagy 200 ns/osztás beállítást célszerű választanunk.
2. ábra. Kondenzátor mérése csatlakoztatott DUT nélkül (zöld görbe) és 1 nF kapacitású kondenzátorral (sárga görbe)
Figyeljük meg az ábrán az átmenet elején látható tüskét is! A jelenség magyarázata, hogy a gerjesztőjelnek a tesztrendszerbe iktatott kábelen a DUT felé, majd visszafelé irányban is át kell érnie. Ez az oka annak, hogy 1 nF névérték alatti kondenzátorok nagy pontossággal ebben a mérési összeállításban nem mérhetők, továbbá a tüske csökkentésének hatékony módja a DUT-hez vezető kábel lehető legrövidebbre vétele (és ezzel a kapacitásának csökkentése).
Tekercsek bemérése
Induktív elem bemérésekor klasszikus R-L hálózattal van dolgunk, amely ebben az esetben a lefutási idő mérését, a tekercs egyenáramú ellenállásának meghatározásához pedig továbbá Umin mérését jelenti. A tekercs DC ellenállása hozzáadódik a hullámforma-generátor 50 Ω-os ellenállásához, az induktivitás pedig szintén képlettel számítható ki. A 3. ábra egy 1200 µH névértékű tekercs mérési eredményét mutatja (figyeljük meg a tekercs DC ellenállása következtében megjelenő, szemmel is jól látható egyenfeszültség-esést is!). Hibás tekercs vagy kondenzátor esetén rövidzárlatot vagy szakadást mérünk, és ebben az esetben a 2. ábrán látható, zöld görbét (szakadás), vagy egyszerűen egy vízszintes vonalat (rövidzárlat) láthatunk a műszer kijelzőjén.
3. ábra. 1200 µH induktivitású tekercs mérési eredményeDiódák és bipoláris tranzisztorok bemérése
Diódák beméréséhez a hullámforma-generátort ±2,5 V feszültségű, 100 Hz frekvenciájú fűrészjelre célszerű konfigurálni. Mivel ez alacsony frekvenciájú bemérés, ajánlott a nagy felbontású mérési üzemmódot választani a zaj csökkentése érdekében. A mérés során a maximum- és minimumfeszültség mérése automatikusan aktivizálódik, a triggerpont pedig középre kerül. A 4. ábra egy DUT nélküli rendszer (sárga görbe), egy kisjelű szilíciumdiódán (zöld görbe), valamint egy teljesítmény Schottky-diódán (piros görbe) végzett mérés eredményét foglalja össze.
4. ábra. Mérési eredmények DUT nélkül (sárga görbe), szilíciumdiódán (zöld görbe), illetve teljesítmény Schottky-diódán (piros görbe)
A DUT-re kerülő áram igényelhet némi odafigyelést, hiszen ha a diódán 0,7 V feszültség esik, a hullámforma-generátor 50 Ω-os ellenállására 1,8 V még jut, amely 36 mA átfolyó áramot jelent. Ha a DUT ezt az áramszintet nem képes tolerálni, célszerű alacsonyabbra venni a hullámforma-generátor kimeneti jelszintjét. Ezzel a módszerrel LED-ek is tesztelhetők, hiszen a hullámforma-generátor szükség esetén ofszetelhető, amely nagyobb tápfeszültséget juttat a LED-re. Hibás dióda esetén rövidzárat vagy szakadást is tapasztalhatunk.
A bipoláris tranzisztorok tesztelése a diódákéhoz hasonlóan történik. Először meg kell bizonyosodni arról, hogy az emitter-bázis és kollektor-bázis átmenetek diódaszerűen viselkednek-e, végezetül pedig ellenőrizzük, hogy a kollektor-emitter átmenet nem rövidzárlatként viselkedik, hanem jellegét tekintve szakadásként!
Kábelek bemérése
Kábelek bemérésére kis sebességű, időtartomány beli reflektometria-alapú (TDR1) mérési módszer alkalmas. Pontos impedanciaméréshez a jelforrás amplitúdójának is nagyon pontosnak kell lennie, a nagy felbontású, időtartomány beli méréseknek pedig előfeltétele a gerjesztőjel gyors felfutása. Az Agilent InfiniiVision X-sorozatú oszcilloszkópok beépített hullámforma-generátoránál az amplitúdószabályozás kellően pontos, a gerjesztés felfutási ideje pedig mindössze 18 ns. Ha ennél is jobb felbontásra van szükség, a hullámforma-generátor konfigurálható akár ~3 ns felfutásra is a triggerjelkimeneten, 5 V körülbelüli amplitúdóértékkel. Ebben az esetben a gerjesztőjel szintén a triggerjelkimeneten jelenik meg.
A hullámforma-generátort az 5. ábrán látható mintamérésben 100 Hz frekvenciára, 0 → 1 V feszültségű négyszögjelre konfiguráltuk fel. A zajcsökkentésre ezúttal is az átlagolást használjuk, a kézileg beállított markerekkel pedig az érdeklődésünk középpontjában álló paramétereket mérjük meg. A kábel impedanciája egyenlettel kiszámítható.
5. ábra. Kábel bemérése DUT nélkül (sárga görbe), csavart érpáras kábelen (zöld görbe), illetve rövidre zárt RG-58 kábelen (piros görbe)
Az ábrán zölddel egy csavart érpáras kábelen végzett mérés eredményét láthatjuk, ahol a számított 97 Ω ellenállás tipikus értéknek mondható. A kábel túlsó végén elektromos szempontból szakadás van, az oszcilloszkópon ezt felfutó feszültséghullám jelzi. Piros görbével egy RG-58 típusú, szintén ismeretlen hosszúságú kábellel végzett mérés eredménye látható. A mérés alapján a kábel impedanciájára 51 Ω adódik, amely tipikus az RG-58 koaxiális kábelek esetében. A mérési görbén látható, hogy a kábel rövidre zárt, hiszen a feszültség egy ponton nullára esik le. Ha ismert a kábelre jellemző terjedési késleltetés, a távolság a rövidzárig képlettel kiszámítható.
Összefoglalás
Az Agilent InfiniiVision X-sorozatú oszcilloszkópok (balra: 4000 X, jobbra fent: 2000 X, jobbra lent: 3000 X)A cikkben bemutattuk, mennyire hasznos kiegészítés alkatrésztesztelésnél a beépített hullámforma-generátor az Agilent Technologies immár jól ismert, InfiniiVision X-sorozatú oszcilloszkópjain. A cikkben felsorakoztatott példákon keresztül láthattuk, hogy a generátor sokrétű képességei jóvoltából ez a rendszer kiváló eszköze az alapszintű alkatrésztesztelésnek is. A 2000 X-, 3000 X- és a legújabb 4000 X-sorozatú oszcilloszkópok generátorainak képességei eltérőek, és az alapműszer képességeinek/piaci pozicionálásának függvényében skálázottak, így biztosított, hogy minden felhasználó, minden alkalmazásra megtalálhassa azt a számára legmegfelelőbb konstrukciót, amely semmilyen kívánnivalót nem hagy maga után.
1: Time Domain Reflectometry
