Измерение малых индуктивностей и емкостей
в «AVR transistortester»
Pieter-Tjerk de Boer, PA3FWM pa3fwm@amsat.org
Перевод на русский язык - indman, март 2018г
(Это небольшой отрывок из статьи, которую я написал для голландского радиолюбительского журнала Electron, декабрь 2015)
"AVR transistortester"
Так называемый "AVR transistortester" является удобным и популярным тестером для многих видов компонентов, о которых, к моему удивлению, мало было написано в любительских журналах радио. Он состоит из одного AVR микроконтроллера, ЖК-дисплея и нескольких пассивных элементов. Как следует из названия, тестер может проверять транзисторы, но кроме того , он также может тестировать диоды, тиристоры, симисторы, резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, поэтому , возможно , его следует назвать «тестер компонентов AVR». Тестер автоматически определяет, какой компонент и к какому контакту к нему подсоединен. Кроме того, он измеряет некоторые ключевые характеристики устройства, например, такие как коэффициент усиления по току для транзистора. Первоначально он был разработан Markus Frejek, в настоящее время дальнейшее развитие проект получил благодаря Karl-Heinz Kübbeler (см. здесь ). Тестер может быть легко изготовлен самостоятельно, но он также продается готовыми наборами, в частности на Ebay и радиорынках.
Левая часть рисунка объясняет суть принципиальной схемы тестера. Мы видим, что каждый контакт тестируемого устройства (DUT) подключен к трем портам ввода/вывода (I/O) микроконтроллера - напрямую к одному из портов, через резистор 680 Ом ко второму и через резистор 470 кОм к третьему порту. Также мы должны знать, что каждый порт ввода/вывода микроконтроллера может быть запрограммирован как на ввод (тогда он переходит в состояние с высоким сопротивлением),так и на вывод сигнала . В последнем случае он будет подключаться через низкое внутреннее сопротивление (около 20 Ом) к 0 вольт (логические 0) или к +5 вольт (логическая 1).В результате, каждый контакт проверяемой детали может либо "плавать", либо через 20 Ом, 700 Ом или 470K Ом подключаться к 0 или к +5 вольт. Кроме того, три порта ввода/вывода, к которым подключено тестируемое устройство без резисторов, также являются входами встроенного аналого-цифрового преобразователя (A/D) микроконтроллера, поэтому можно измерить напряжение на каждом из контактов DUT и компаратора. Всё это приводит к эквивалентной схеме, показанной справа, где все переключатели управляются программным обеспечением микроконтроллера.
Как можно тестировать компоненты? Это показано на следующем рисунке. Используется несколько примеров, которые могут быть реализованы с помощью программного обеспечения при установке переключателей в соответствующие положения.
Слева направо мы видим измерение сопротивления - неизвестный резистор (красный) образует делитель напряжения с известным сопротивлением в тестере, проверка диодов - измеряется падение напряжения на диоде ( 0,6 В для прямого подключения кремниевого диода, 5 В - в обратном направлении), коэффициент усиления по току транзистора (базовый ток подается через 470 к и измеряется результирующий ток коллектора), проверка емкости (после включения питания измеряется время заряда конденсатора до напряжения 1,1 В). Автоматическое определение типа и структуры транзистора осуществляется путем простого перебора всех возможностей и выбора того варианта, который дает наибольший коэффициент усиления по току.
Таким образом, это очень удобное устройство, которое заслуживает большего внимания в литературе для радиолюбителей. Тем не менее, оно имеет некоторые ограничения, которые являются неудобными именно для радиолюбителей - тестер не может измерять индуктивность лучше, чем с разрешением 10 мкГн, что довольно велико для ВЧ, измерение малых емкостей ограничено разрешением в 1 пФ.
Проблема с измерением малых емкостей и индуктивностей этим тестером заключается в том, что всё происходит слишком быстро. Просто вспомните математику - 1 пФ с сопротивлением 470 кОм (самый большой доступный испытательный резистор) даёт постоянную времени RC -цепи около 0,5 мкс, а 10 мкГн с 20 Ом (самый маленький доступный испытательный резистор) даёт для LR -цепи такой же порядок величины. Для аналого-цифрового преобразователя в микроконтроллере требуется время около 100 мкс для одного преобразования - это слишком медленно. В качестве альтернативы, компаратор микроконтроллера может использоваться для измерения времени ,которое требуется для достижения (фиксированного) порога 1,1 вольт с точностью порядка тактовой ...
Kot_Maciek