![]() |
![]() |
|||||||||||||||
Щуп измеритель RLC-71 + Тестер полупроводников
Автор: Andrey_B Поздравляю Кота с юбилеем ! Ведь, как известно каждому программисту, это очень круглая дата, 16 = 2^4 = 2^2^2 !
![]() +++ Вступление Самые распространённые измерительные приборы в домашней лаборатории, мультиметр и осциллограф, наверное есть у каждого, кто занимается электроникой. Этими приборами покрывается подавляющее большинство потребностей в измерениях. Хорошим к ним дополнением будут приборы, которые описаны в этой статье. Щуп измеритель RLC и тестер полупроводников занимают одну нишу применения в лаборатории. Основное их назначение - измерение различных параметров компонентов, пассивных и активных (полупроводниковых), тестирование их работоспособности, проверка на контрафакт и перемаркировку. Кроме общей занимаемой ниши и взаимного функционального дополнения, а так же некоторых элементов конструкции, эти приборы объединяет схожая судьба. Они были спроектированы для компании Мастеркит, но в связи с известными событиями на рынке полупроводниковых компонентов, стали не востребованы и их развитие остановлено. Это не помешает любителям их изготовить для собственного использования. +++ RLC и все-все-все Первый прибор - миниатюрный щуп измеритель RLC-71 (предполагаемое название BM8132, позиционировался как дальнейшее развитие уже продаваемого BM8032). Уже много лет эта тема не только не теряет популярности, но и продолжает пополняться все новыми и новыми вариантами приборов. Всё потому, что в реалиях современной электроники со сверхминиатюрными компонентами, на которых нет места для нанесения маркировки, универсальный прибор, который "скажет", что это за компонент, является одним из самых нужных для каждого, кто связан с электроникой. Личный опыт использования подобных приборов, а также анализ их обсуждений и отзывов показал, какие функции в таком приборе должны быть обязательно, какие желательны, а чем можно и пренебречь. Описываемый прибор не замена прецизионному измерителю иммитанса, он позиционируется как универсальный пробник, находящийся всё время под рукой. Дополнение к мультиметру, осциллографу, при ремонте или наладке различной электроники. От него требуется быстро определить тип и оценить исправность компонента, и по возможности не сгореть, если например попался не разряженный конденсатор. Основные отличительные черты прибора: Характеристики прибора Режим измерителя RLC: Режим пробника FDU: Режим генератора G: Общие: Погрешность измерений зависит от частоты и точки на участке диапазона, где производится измерение. В конце статьи ссылка, где можно ознакомиться с результатами тестирования этого прибора на образцовке, а также посмотреть процесс измерения на видео. Назначение: Управление (3 кнопки): Особенности интерфейса: 1. Активное сопротивление. Меню настройки: Для зарядки встроенного аккумулятора можно использовать любой адаптер +5В с разъемом microUSB. Красный светодиод около разъема светится во время зарядки и гаснет при её окончании. Алгоритм измерения величин R,L,C заключается в накоплении комплексных значений напряжения и тока действующих на исследуемый элемент, усреднении и далее по общеизвестным формулам, нахождении численных значений величин. Прибор собран на микроконтроллере STM32F303CBT, который имеет достаточно богатый набор периферии, множество таймеров, несколько АЦП, контроллеров ПДП, ЦАП, ОУ, компараторов и др. На ОУ DA3.2 собран фильтр и усилитель измерительного сигнала. ОУ DA3.1 - усилитель сигнала с опорного резистора (шунта) R5(R6), которые переключаются коммутатором DA1. DA7 - ключ, отключающий усилитель измерительного сигнала во время измерения напряжения и частоты. На ОУ DA2 собран усилитель напряжения на исследуемом элементе. Коммутатор DA4 переключает коэффициент усиления этого усилителя. DA8 - буфер опорного напряжения, которое формируется ЦАП микроконтроллера. DA5 - стабилизатор питания 3 В (LDO). DA6 - контроллер заряда Li-Ion аккумулятора. Канал напряжения на измеряемом компоненте и канал напряжения на опорном резисторе (канал тока) синхронно оцифровываются каждый своим АЦП. Дифференциальный режим АЦП не используется, отдельно оцифровываются положительный и отрицательный сигналы по очереди. На каждый отсчёт производится две пары выборок АЦП для каждого сигнала. Частота выборок 3.2МГц, частота отсчётов 800кГц. Формирование измерительного сигнала осуществляется ЦАП по алгоритму DDS, частота семплирования 800кГц. Разрядность ЦАП и АЦП 12 бит. Длины буферов по 1024 отсчета. Замеры на разных частотах происходят по очереди, время измерения на каждой - 200 мс. Для каждого второго замера для одной частоты, алгоритмически переворачивается фаза измерительного сигнала на 180 градусов, при этом физически, сам сигнал на тестируемом компоненте остается непрерывным. Для подавления постоянной составляющей, в качестве результата берётся разность двух последних замеров для каждой частоты. Параллельно работает механизм автоматического переключения усиления по каналу напряжения и выбора опорного резистора по каналу тока (поддиапазонов) для каждой частоты. Далее коррекция по значениям процедуры калибровки (open/short/load), механизм которой хорошо описан в документе an_346-3.pdf от Hewlett-Packard. Затем вычисления численных значений и вывод их на дисплей. При измерении на одной частоте дополнительно производится фильтрация. Калибровка эффективно компенсирует все неидеальности аппаратной части прибора. Подробнее про тонкости процесса измерения очень доходчиво объяснил u37 вот тут: http://forum.easyelectronics.ru/viewtopic.php?f=17&t=36932&start=25 Режим измерения частоты имеет некоторые особенности. Обычно в частотомерах используется один из алгоритмов: подсчёт входных импульсов в течении известного интервала (прямой счёт) или подсчёт импульсов заполнения известной (опорной) частоты в течении периода входного сигнала (обратный счёт). У этих алгоритмов сильно падает точность в начале или конце диапазона соответственно. В данной конструкции применен алгоритм свободный от этих недостатков. Измерение реализовано полностью аппаратно, задействовано 4 таймера и компаратор. Компаратор формирует входной сигнал, пара таймеров, связанных в каскад подсчитывает количество импульсов системной (опорной) частоты (Fо), другой 32х-разрядный таймер производит подсчёт входных импульсов с захватом по фронту входного сигнала. Последний таймер осуществляет синхронный с фронтом входного сигнала старт и остановку остальных таймеров. После окончания, асинхронно формируемого, измерительного интервала (примерно 200мс) таймеры будут содержать точное количество импульсов входной частоты (M) и количество импульсов опорной частоты (N) с точностью ± 1 такт Fо, на момент последнего фронта входного сигнала. Далее по формуле Fx=Fо*М/N вычисляется частота входного сигнала. Относительная погрешность измерения во всем диапазоне измерений (при выбранном интервале 200мС) 1/80MГц/0.2с = 6.25*10^(-8), в абсолютных значениях, например для 1кГц, составит ±0.0000625Гц. Конечно к этой погрешности нужно будет ещё добавить погрешность кварца и погрешности, вызванные неидеальностью входного формирователя. Изначально данный алгоритм применительно к AVR был подробно описан =GM= (за что ему огромное спасибо), вот тут: https://electronix.ru/forum/index.php?app=forums&module=forums&controller=topic&id=29796&do=findComment&comment=234466 Дополнительно 32х-разрядный таймер производит захват по каждому спаду входного сигнала для вычисления скважности. Прибор собран на двух печатных платах, одновременно выполняющих роль верхней и нижней стенок корпуса прибора. Боковины закрыты стенками тоже выполненными из текстолита на той-же заготовке, которые припаиваются к верхней плате прибора встык. Надписи выполнены шелкографией. Таким образом элегантно решается постоянный, трудный вопрос с презентабельным внешним видом. Толщина текстолита 1.5 мм. Трассировка традиционно произведена в Topor'е. Нижнюю сторону нижней платы желательно покрыть лаком Plastik 71. Дисплей приклеен по контуру на узкий тонкий двухсторонний скотч. В качестве щупа применена швейная игла подходящего размера, припаянная к плате сразу к двум полигонам. Выносной щуп, любой подходящий, например от мультиметра, кабель - экранированный. Обратите внимание, центральная жила и оплетка должны соединятся внутри щупа как можно ближе к концу. Кнопки должны иметь такую высоту толкателя, чтобы он выступал на 2-3 мм над верхней платой. Прошить микроконтроллер можно либо программатором (например ST-Link/V2) через контакты XP1, либо используя загрузчик USB, предварительно сконвертировав hex-файл в dfu и подав +3В на пин 44 (предварительно сняв перемычку R25, точнее перерезав на плате перемычку). Инструкцию можно взять из статьи Тепловизор или Функциональный генератор ГА-71. Кроме микроконтроллера STM32F303CBT возможно применение STM32F303CCT. Тактовая частота 80 МГц. Дисплей - Z180SN007, графический TFT 128x160, 1,8 дюймов, на контроллере ST7735S с SPI-интерфейсом, 18PIN, шаг выводов 0,8мм, (применяется в транзистор-тестере GM328A). Аккумулятор Li-Ion LP303030 (LP403048). Ток потребления прибора около 80 мА. Изготовленная партия приборов в пару десятков штук показала хорошую повторяемость и несложность наладки, хотя сам процесс сборки требует определенной квалификации. Имея большой опыт, можно изготовить печатные платы в домашних условиях по ЛУТ-технологии. Можно изготовление печатных плат или монтаж заказать на производстве, для этого к статье прилагаются полная спецификация и gerber-файлы. Тем, кто из-за недостатка опыта или по другим причинам не может этого сделать, могу предложить приобретение готовых приборов из остатков пилотной партии. Подробности ищите в соответствующем разделе форума. Существует странный стереотип, если в статье с описанием конструкции присутствуют коммерческие предложения, например о приобретение наборов для сборки, такая статья подсознательно начинает воспринимается в негативном свете. Хотя по идее, если к детальному изложению конструкции добавится возможность приобретения печатных плат или наборов для самостоятельной сборки, все только выиграют. Начинающие смогут легко получить недоступную конструкцию. Продвинутые, способные собрать конструкцию без посторонней помощи, получают увеличение числа единомышленников, заинтересованных в модернизации, избавлении от недостатков и развитии конструкции. У авторов появляется лишний стимул написать подробную, качественно оформленную статью, и возможность как-то отбить затраченные на проектирование конструкции средства. Владельцы площадки получают увеличение активной аудитории и как следствие - посещений. +++ Благодарности Хочу поблагодарить авторов подобных приборов за развитие идеи, за опубликованные статьи, схемы, исходники и разъяснения: u37 http://forum.easyelectronics.ru/viewtopic.php?f=17&t=36932&start=25 Neekeetos https://radiokot.ru/circuit/digital/measure/108/ ub3taf https://www.radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=25&t=133817 balmer https://www.radiokot.ru/circuit/digital/measure/119/ Galizin http://radiokot.ru/circuit/digital/measure/113/ GFX, Alex2 https://radiokot.ru/artfiles/6435/ и других. +++ Планы на будущее На момент остановки проекта RLC-71 уже было почти готово дальнейшее развитие этого прибора, в котором источник тока смещения в режиме тестирования полупроводников имеет выходное напряжение 24В. Это позволяет определять номинальное напряжение стабилитронов и светодиодных матриц. Эта разновидность имеет более ёмкий аккумулятор и чуть большую длину корпуса. Ещё, зная о чрезвычайной и где-то даже нездоровой популярности часов у здешней аудитории, подумываю добавить в прибор и их :-) +++ Ну перемарк, погоди Второй прибор, тестер полупроводников (предполагаемое название BM8053, недорогих продаваемых аналогов не имеет). На идею прибора натолкнула хоть и на мой взгляд излишне усложнённая, но очень интересная конструкция автора Nijka https://radiokot.ru/konkursCatDay2017/48/ В основу работы прибора, положено явление обратимого лавинного пробоя полупроводниковой структуры. В процессе тестирования измеряется падение напряжения на тестируемом элементе с ограничением тока, исключающим необратимый тепловой пробой перехода. При нажатии на кнопку, на тестируемом элементе начинает плавно нарастать напряжение. При достижении порогового значения тока, нарастание прекращается и начинается стабилизация тока. При этом на дисплее отображается: Для чего можно использовать этот прибор: Характеристики прибора: Прибор собран на микроконтроллере STM32L151C8T, который работает на частоте 32МГц. Сигнал ШИМ частотой около 1.5кГц с микроконтроллера, через драйверы поступает на ключи полумостового выходного каскада импульсного преобразователя. Ключи работают на повышающий трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к умножителю напряжения на 6. На выходе умножителя имеется делитель напряжения, для измерения выходного напряжения микроконтроллером. Ток, проходящий через исследуемый элемент на токоизмерительном сопротивлении создает падение напряжения, которое измеряется АЦП микроконтроллера. Трансформатор выполнен на феррите N87, E-13/7/4, без зазора. Обмотки I и II содержат по 10 витков провода диаметром 0.27мм, обмотка III содержит 400 витков провода диаметром 0.09-0.1мм. Ориентировочная индуктивность обмотки III - 100-150 мГн. Дисплей - тот же, что и в вышеописанном щупе-измерителе RLC-71. Конденсаторы 1нФ, указанные на монтажной плате устанавливать не нужно. Подключение программатора для прошивки микроконтроллера и конструкция прибора аналогична Амплипульс-Микро в корпусе G1032B. Питание можно сделать встроенное, от LiIon аккумулятора, в этом случае нужно применить две банки, т.к. прибор очень критичен к пониженному напряжению питания, и одной банки может оказаться недостаточно для питания повышающего преобразователя. Для стабильной работы не забудьте поставить по входу стабилизатора конденсатор 220-470 мкф (на схеме не указан). При тестировании транзисторов нужно принять меры для того, чтобы во время измерения канал оставался закрытым. Для этого нужно соединить перемычкой выводы база-эмиттер (или затвор-исток). +++ Предупреждения Внимание! При тестировании на контактах тестера полупроводников присутствует высокое напряжение, которое в виду маломощности прибора и ограничения тока не опасно для жизни, но достаточно болезненно при прохождении через тело человека. И помните, щуп RLC-метра острый, а меньшее количество глаз не уменьшает шансы наколоться! :-) +++ Фото, видео работы и свежие прошивки: RLC-71: Тестер полупроводников:
Файлы: Все вопросы в Форум.
Эти статьи вам тоже могут пригодиться: |
|
|||||||||||||||
![]() |
![]() |


![]() |
![]() |
|||
|
||||
![]() |
![]() |