SMU: tři písmena, která budí respekt. Nejen u součástek

Napětí či proudy potřebujeme v elektronice přesně změřit, ale stejně tak i pečlivě vyrábět. A to vše klidně najednou. V takovém případě pozvěte na stůl řízenou techniku, pro kterou se vžila trojice písmen SMU, odkazujících na „Source Measure Unit“, tedy multifunkční zdroj a měřicí přístroj pod jednou střechou. Vybírat můžete i z precizních novinek od firmy Siglent Technologies, představených na sklonku února [1], na stránkách DPS Elektronika od A do Z jsme krátce informovali v [2]. Jsou dvě, stejně jako maximální počet kanálů.

Piko nestačilo

U vysoce přesného laboratorního zařízení, které umí současně energii dodávat, resp. při uvážení matematických znamének pro napětí či proud ve zbylých dvou kvadrantech i odebírat, a zároveň vše s mimořádnou přesností změřit a zaznamenat, „zasedne“ v jednom šasi hned několik systémů, které již netřeba řešit samostatně. Představit si můžeme spojení precizního zdroje napájení, elektronické zátěže, číslicového multimetru DMM nebo též generátoru funkcí. To má nepochybně řadu praktických výhod, souvisejících zpravidla s úsporou místa nebo vazbou v reálném čase, ale také zápory, spojované třeba s nižšími výkony, kdy výrobce u zmíněné série SMM3000X zvládá nanejvýš 31,8 wattu. Jenže i takový výsledek není vůbec zlý, protože je bohatě vykoupený vysokou citlivostí a nebývalou přesností, typickou právě pro zmíněný druh techniky, umožňující smysluplně pracovat i na těch nejnižší rozsazích. Co to v praxi znamená?

Výrobce pro oba modely, jak u jednoduchého SMM3311X, tak i dvoukanálového SMU SMM3312X, a bez ohledu na provoz v režimu zdroje či měření, počítá s napěťovým rozlišením 100 nV (slovy nanovoltů), resp. 10 fA (femtoampérů, tedy deset na minus patnáctou) v případě toku elektronů. K tomu pak z pohledu stejnosměrného zdroje napájení přidává rozsahy ±210 V nebo ±3,03 A, které lze v případě pulzů dále povýšit až na více než deset ampér. Tady se pak s rozlišením DC zdroje dostáváme na 10 μA, což poplatně nejvyššímu napětí odpovídá zase jednomu stu mikrovoltů. Samozřejmostí již bude aktivní chlazení s výdechy ventilátoru na zadní straně přístroje [3].

RFIC, LED i FET

Pětice základních funkcí přístroje, mezi kterými lze pohodlně přepínat, bude hned vedle výroby napětí či proudu, společně s jejich měřením, zahrnovat i služby ohmmetru. Výsledek už jen podtrhuje kapacitní dotykové ovládání uživatelského rozhraní s pětipalcovým TFT displejem (matice 480 × 272 bodů), který vše nejen přehledně vyčísluje, ale v případě potřeby vykreslí též na časové ose. Zdrojová a měřicí jednotka SMM3000X se skvěle hodí ke zjišťování vlastností a parametrů moderních polovodičů, součástek či materiálů, sledovaných dokonce v nanoměřítku, organických polovodičů, tištěné elektroniky, ale i dalších prvků s malou geometrií a nízkým příkonem. Uplatní se ve výzkumu, průmyslovém vývoji a samozřejmě při testování nebo v samotné výrobě. A neztratí se ani za dveřmi školní laboratoře.

Kombinovaná měřicí a testovací technika o velikosti 490 × 261 × 103 mm a s hmotností necelých pět kilogramů, u dvoukanálové varianty poté 6,2 kg, poctivě nevynechá žádný ze čtyř kvadrantů. Bude vzorkovat s maximální rychlostí 100 kSPS a nabízet 6½místné zobrazování – z pohledu Siglentu tedy „dvacet jedna a pět nul k tomu“. S generováním libovolných průěhů (AWG), resp. spouštěním se zase pojí nejkratší možné intervaly v délce 10 μs. Systém proto není zdaleka omezen pouze na statická stejnosměrná napětí nebo jednoduché sinusovky a umožňuje postupně definovat i vlastní průběhy napětí nebo proudu v čase, zatímco ještě souběžně měří a zapisuje veškerá důležitá data.

Potřebujete ověřit chování součástek při reálném zatížení, třeba z pohledu výkonové ztráty, provázející jejich spínání? Takovou funkci využijete nejen u moderních tranzistorů na bázi nitridu galia nebo karbidu křemíku. Šířku pulzu o velikosti až ±10,5 A lze přitom definovat již od 50 μs. A přesný zdroj i měřič v jednom pojme do vlastní paměti až sto tisíc záznamů, opatřených časovým razítkem. Pokud by navíc nestačila maximální zatěžovací kapacita 0,01 μF, lze v módu „high capacitance“ počítat až s 50 μF.

Sólově, ale i v tandemu

Zapomenout však nesmíme ani na doprovodná rozhraní USB Device (volitelně s adaptérem USB-GPIB), USB Host či LAN, podporu ze strany web serveru, nastavitelný výstupní filtr, dvoudrátová i čtyřdrátová měření nebo dvanáct vnějších portů, vyhrazených ke spouštění – šest vstupů a stejný počet výstupů. Výrobce tak odkazuje na pokročilé možnosti digitálního řízení, včetně synchronizace přístroje s dalšími zařízeními v celém testovacím systému. Od stolního SMU rovněž očekáváme různé způsoby rozmítání (tedy nejen lineárně) pro automatický průchod nastavenými hodnotami, takže lze snadno vykreslit klíčové volt – ampérové charakteristiky součástek a třeba se ještě zbavit nežádoucího vlivu samoohřevu.

Za kolik vše pořídíme? V době psaní článku si firma Siglent Technologies cenila jednokanálovou verzi na 4 680 euro, za duální vyhotovení pak účtuje 8 280 euro [3]. Výměnou slíbí též tříletou záruku, ovšem vyjma příslušenství. Nové SMU řady SMM3000X pracují v docela širokém rozsahu provozních teplot, již od bodu mrazu až po +50 °C, což ale otevírá prostor pro dodatečné koeficienty, které musíme patřičně zohlednit. Temperování nelze v této třídě uspěchat, výrobce požaduje šedesát minut. Garantuje však přesnosti, které se u napětí či proudu na nejnižším rozsahu přístroje, a bez ohledu na stanovení žádané hodnoty či její měření, pro ilustraci pokaždé souměrně odvíjí od součtu nastavené, resp. zjištěné úrovně a offsetu (0,015 % + 225 μV), resp. (0,1 % + 100 pA). A to se u proudů ještě nejedná o nejlepší výsledek. Takové předpony nechceme v elektronice spojovat pouze s klidovými průtoky na vstupech operačního zesilovače, fotodiodami či dielektriky.

Odkazy:

[1] Tisková zpráva, https://www.siglenteu.com/news-article/siglent-launches-smm3000x-series-source-measure-unit/

[2] Nové SMU Siglent. Tři ampéry, čtyři kvadranty a pět palců, https://www.dps-az.cz/zpravy/id:104704/nove-smu-siglent-tri-ampery-ctyri-kvadranty-a-pet-palcu

[3] SMU řady SMM3000X, https://www.siglenteu.com/power-supplies/smm3000x-series-source-measure-units/

robenek@dps-az.cz