Цифровые измерители импеданса с частотой сигнала до 10 МГц GW Instek серии LCR-78xxxG

А.В. Пивак, ЗАО «Прист»

В статье рассмотрены 3 модели цифровых измерителей комплексного сопротивления, емкости и индуктивности LCR-78101G, LCR-78105G, LCR-78110G от компании GW Instek (Тайвань), их конструктивные особенности, реализованные новации и отличия.

В силу зависимости модуля комплексного сопротивления от частоты существует необходимость определения параметров элементов на различных частотах. При определении электрических параметров диапазон частот варьируется от десятков килогерц для массовых элементов до десятков, и даже сотен мегагерц в особых случаях. Однако с увеличением частоты возрастают трудности измерения и схемотехническая реализация. Это обусловлено тем, что на высоких частотах измерения проводятся в стандартизованных экранированных трактах, а не на точечных выводах элементов. Поэтому наличие в LCR измерителях тестовых частот в диапазоне 1 МГц …10 МГц переводит их уже на другой, более высокий уровень конструктивного исполнения и функциональности.

Примером такого оборудования являются модели измерителей импеданса LCR-78101G, LCR-78105G, LCR-78110G с частотой тестового сигнала до 1 МГц, 5 МГц, 10 МГц (соответственно) от компании GW Instek. Приборы являются итогом работы разработчиков по модернизации, ранее выпущенной серии измерителей LCR-800 серии, при этом обеспечено увеличение максимальной частоты тест-сигнала в 50 раз.

Измерители серии LCR-78хххG предназначены для измерения комплексного сопротивления, емкости, индуктивности и других параметров компонентов (всего 12 типов / 25 пар величин). Измерение производится как на постоянном токе (Rdc), так и на переменном токе частотой от 20 Гц. При этом частота тест-сигнала может быть выбрана произвольным образом в виде требуемого значения из соответствующего диапазона частот. Измерители импеданса обеспечивают универсальность применения для широкого круга задач тестирования и высокую точность измерений характеристик электронных компонентов (от ±0.1%). Основные технические характеристики измерителей серии приведены в таблице 1.

Новинки имеют широкие функциональные возможности по сбору, анализу, отображению и хранению информации, среди которых: выбор схемы замещения (послед./парал. – рис. 1), ручной или автоматический выбора диапазона измерений, допусковый тест элементов (Pass/Fail – рис. 2) в трех режимах: «абсолют. знач. / D-измерение / %», режим полярных координат: Z+фаз.сдвиг (q) / Y+фаз.сдвиг (q), автоустановка вертикальной шкалы дисплея, маркерные измерения (Peak / Dip) и др.

Рисунок 1. Экран в режиме «Измерение» (выбор схемы замещения)

 

Рисунок 2. Экран в режиме «Допусковый контроль» (Годен/ Не годен)

 Особенности режимов и измерительных функций серии LCR-78хххG:

• Широкий перечень параметров и величин, измеряемых на переменном токе (11 параметров): комплексное сопротивление (Z), фазовый угол (f), индуктивность (L), емкость (C), активное сопротивление (Rac), добротность (Q), коэфф. диэлектрических потерь (D), полная проводимость (Y-admittance), активная проводимость (G-conductance), реактивная проводимость (B-susceptance), реактивное сопротивление (X-reactance).
• Возможность в базовой версии прибора производить измерения сопротивления постоянному току (Rdc) (в большинстве приборах подобного уровня режим «Постоянное напряжение» - является опцией).
• Функция постоянного контроля уровня тест сигнала (monitoring Vm/Im), позволяющая измерять фактическое значение приложенного напряжения (включая смещение) или силу тока, протекающего через тестируемое устройство.
• Точный выбор требуемой частоты тестового сигнала во всем рабочем диапазоне каждой модели для анализа компонентов (в других приборах подобного уровня – ограниченное число дискретных значений).
• Интерфейс GPIB и RS-232 в штатной комплектации.

Все эти достоинства позволяют выполнять измерения широкой номенклатуры современных пассивных компонентов электрических схем. Основное меню прибора содержит 5 разделов: измерения на переменном токе (AC), измерения на постоянном токе DC, функция программирования (многошаговый профиль), графический режим (качание), систеимные настройки. Выбор типа измерений: AC (C, L, X, B, Z, Y, Q, D, R, G, θ) или режим измерений DC (Rdc) производится непосредственным вводом на панели при помощи функциональной клавиши F1- F5, курсорным джойстиком и кнопкой «Ввод».

Требуемое значение уровня тест-сигнала выбирается с помощью цифровых клавиш в диапазоне напряжений:

• для режима «DCV» 10 мВ~2 В;
• для режима «AC» – 0,01 В~2 В ср.кв. (20 Гц …≤ 3 МГц); 0,01 В~1 В ср.кв. (3 МГц…10 МГц).

В измерителях LCR-78хххG в отличие от конкурирующих аналогов и моделей предшествующей серии имеется возможность выбора не фиксированных значений частоты тест-сигнала, а любой требуемой частоты из рабочего диапазона (разрешение 5 разрядов). Кроме того, в меню «Выбор шага частоты» доступно увеличение или уменьшение дискретности перестройки при помощи функции «Точно/ Грубо». Для активации изменения шага перестройки следует ввести системный код, представляющий 2-х значное число. В режиме «Точно» (код «10») при каждом нажатии на копку регулировки «Больше/Меньше» изменение частоты в одном разряде осуществляется из значений: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6...9. При выборе функции «Грубо» изменение частоты сразу в двух разрядах осуществляется из значений: 10, 12, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80, 90.

При непосредственном вводе значений с использованием цифровой клавиатуры для тест-сигнала в диапазоне 20 Гц …99 Гц максимальное разрешение по частоте составляет 0,001 Гц, для значения «10 кГц» - 1 Гц, для значения «10 МГц» – 1 кГц.

В измерители LCR-78хххG встроена функция анализа, которая представляет собой режим графической визуализации на дисплее (рис.3, рис.4) характеристик электронных компонентов во всем диапазоне частот или напряжений тест-сигнала. Возможны различные сочетания параметров качания, а также выбор между логарифмическим или линейным графическим представлением параметров анализируемого компонента.

Рисунок 3. Экран в режиме «График» (качание по частоте)

 

Рисунок 4. Экран в режиме «График» (маркерные измерения)

Функция многоступенчатой настройки режима тестирования «Годен/Не годен» позволяет провести допусковые испытания в соответствии с требованиями пользователя. Измеряемые параметры и допуски в этом режиме устанавливаются отдельно для каждого шага формируемой испытательной программы. Внутренняя память измерителей импеданса позволяет программировать профили тестирования, которые представляют собой последовательности разнотипных измерений. С помощью многошаговой функции можно конфигурировать и выполнять многошаговые измерения, а также запрограммировать и хранить в памяти прибора до 64 программ, состоящих из 30 шагов по 8 параметрам каждая (рис. 5).

Рисунок 5. Экран в режиме программирования профиля (MULTI STEP mode)

Из широкой номенклатуры измерительных принадлежностей и аксессуаров доступны для заказа различные тестовые площадки, пинцеты SMD и 4-х проводные кабели подключения.

Измеритель снабжен большим высококонтрастным ЖК-дисплеем (6 разрядов, графическая матрица), имеет одноуровневую структуру основного меню без переходов в дополнительные разделы «ветвящееся дерево». Это делает прибор легким в освоении и простым в управлении, обеспечивает удобную визуализацию результатов и условий теста. Высокое разрешение и малая погрешность измерений помогает достовернее измерять характеристики электронных компонентов. Программирование измерителей, дистанционное управление и вывод полученных результатов измерений осуществляется с помощью интерфейсов RS-232, GPIB (КОП). Посредством данного интерфейса можно интегрировать измеритель в автоматическую систему тестирования.

Высокотехнологичный продукт от компании GW Instek – измерители импеданса LCR-78хххG ориентированы для использования в качестве лабораторного средства измерений в сфере промышленного производства, для научных исследований, разработок и производства РЭА.

Таблица 1. Характеристики измерителей импеданса серии LCR-78xxxG

Характеристики	Параметры	Значения
Измеряемые параметры	Сопротивление (R, Z, X)	До 100 МОм с разрешением 0.1 мОм
	Сопротивление на постоянном токе (Rdc)	До 100 МОм с разрешением 0.01 мОм
	Проводимость (G, Y, B)	До 1000 См с разрешением 10 нСм
	Емкость (C)	До 1 Ф с разрешением до 0.01 пФ
	Индуктивность (L)	До 100 кГн с разрешением до 0.1 нГн
	Добротность (Q)	0.01…9999.9
	Тангенс угла потерь (D)	0.00001…1000
	Фазовый сдвиг (q)	–180…180°
	Базовая погрешность	± 0.1 %  (R, Z, X, G, Y, B, L, C)
Тест сигнал	Частота тест-сигнала	20 Гц…1 МГц – LCR-78101G; 20 Гц…5 МГц − LCR-78105G 20 Гц…10 МГц − LCR-78110G
	Разрядность уст.  частоты	5 разрядов
	Погрешность установки	±0.005 %
	Уровень тест-сигнала	≤3 МГц:10 мВ…2 В (шаг 10 мВ);   >3 МГц: 10 мВ…1 В (шаг 10 мВ) 100 мкА…20 мА (в зависимости от частоты; режим стабилизации по току)
	Погрешность уровня	±2%
	Внутр. импеданс источника	100 Ом
	Запуск измерений	Автоматический, ручной
Память	Функции	Запись/ считывание установленных параметров, измерения в мультишаговом режиме (таблица профилей)
	Объем памяти	64 программы тестирования (8 параметров/ 30 шагов); редакт. программ (копирование шагов, задержка 0…1000 мс, запись/ вызов)
Дополнительные функции	Режим графической развертки	Построение графика зависимости измеряемого параметра от переменной (режим ГКЧ)
	Закон качания	Линейный, логарифмический
	Тип качания	Однократный, периодический, прямой и обратный ход
	Изменяемая переменная	Частота, уровень тест-сигнала (напряжение)
Дисплей	Разрешение	320×240 (ЖКИ, графическая матрица)
	Режим индикации	Абсолют. значение, D-измерение, D-измерение в %, усреднение (1…256)
	Формат индикации	Основной и вспомогательный параметр
	Скорость измерения	150 мс/ 450 мс/ 600 мс (быстр./ средне/ медлен.)
Общие данные	Условия эксплуатации	0°С…40°С и относительная влажность до 85 %
	Напряжение питания	115 / 230 В (±10 %), 50 / 60 Гц
	Габаритные размеры	330 × 170 × 340 мм
	Масса	5 кг