Технические науки/12. Автоматизированые системы управления на производстве

к.т.н. Чешун В.М.

Хмельницький національний університет, Україна

Пристрій для вимірювання ємності та індуктивності елементів електронних схем

Для сучасного етапу розвитку техніки все більш характерне інтенсивне і глибоке проникнення її в різні галузі мікроконтролерів, які радикально перетворюють властивості багатьох пристроїв і відкривають нові можливості їх застосування. За широтою та ефективністю використання мікроконтролерів одне з перших місць посідає інформаційно-вимірювальна техніка.

Одним із напрямків застосування мікроконтролерів є побудова пристроїв вимірювання електричних параметрів схем та електронних компонентів.

При розробці пропонованого пристрою було використано частотний метод вимірювання ємності та індуктивності електронних елементів, який базується на здатності коливального контуру (КК) на основі конденсатора та котушки індуктивності генерувати імпульси фіксованої частоти, характеристики якої залежать від параметрів використаних елементів КК. Якщо підключити до еталонного КК додатковий елемент, то за характером зміни генерованої частоти можна визначити параметри ємності та індуктивності цього елемента.

Особливістю вирішуваного завдання було створення пристрою, здатного працювати як в режимі з комп’ютерним керуванням, так і в автономному режимі з керуванням кнопками та перемикачами вручну.

Проведений аналіз дозволив визначити в структурі проектованого пристрою такі основні складові (рис.1):

- Блок спряження пристрою з ЕОМ;

- Мікроконтролер;

- Еталонний LC-ланцюг;

- Блок обмеження амплітуди сигналів (на компараторі CMP);

- Поділювач частоти;

- Комутатор сигналів;

- Лічильник імпульсів;

- Блок ключів ручного керування;

- Регістр даних;

- Цифровий індикатор.

- Блок світлодіодів.

Рисунок 1 – Схема функціональна пристрою

Пристрій вимірювання ємності та індуктивності елементів електронних схем працює в трьох основних режимах:

- режим калібрування пристрою;

- режим вимірювання ємності елементів електронних схем;

- режим вимірювання індуктивності елементів електронних схем.

В режимі калібрування пристрою використовуються два заміри параметрів еталонного LC-ланцюга. До складу еталонного LC-ланцюга входить три еталонних елементи: два конденсатора та одна котушка індуктивності. В ході калібрування пристрою спочатку вимірюються параметри LC-ланцюга з одного конденсатора та котушки індуктивності, після чого до ланцюга підключається другий конденсатор (під керуванням сигналу, що надходить з виходу Р2.6 мікроконтролера) і вимірювання повторюються. Оскільки параметри еталонних елементів відомі, це дозволяє провести розрахунки параметрів ланцюга в обох випадках і оцінити та зафіксувати для подальших вимірювань можливу похибку з метою проведення необхідної корекції отримуваних результатів.

Два останніх режими досить схожі між собою. Відмінність полягає в способі підключення елементу до еталонного LC-ланцюга: при вимірюванні ємності елементів електронних схем контрольований елемент підключається до ланцюга паралельно, а при вимірюванні індуктивності елементів електронних схем – підключається послідовно.

Спряження пристрою вимірювання ємності та індуктивності елементів електронних схем з контрольованим елементом (джерелом вимірюваних сигналів) виконується через з’єднувач, що входить в блок еталонного LC-ланцюга. Фактично, елемент, параметри якого необхідно вимірювати, включається до еталонного LC-ланцюга і змінює його параметри, що дозволяє оцінити характеристики цього елемента.

Оскільки рівні сигналу з LC-ланцюга можуть за амплітудою досягати значень, що безпосередньо не можуть опрацьовуватися цифровими елементами схеми, забезпечено перетворення цих сигналів до внутрішніх рівнів сигналів пристрою (ТТЛ-рівнів). Блок обмеження амплітуди сигналів забезпечує обмеження амплітуди вхідних сигналів до рівнів, що сприймаються внутрішніми схемами пристрою вимірювання ємності та індуктивності елементів електронних схем. Таким чином, блок обмеження амплітуди сигналів формує вихідний сигнал f_ттл , який аналогічний за показниками частоти вхідному сигналу, але зведений до ТТЛ-рівнів. Вхідний каскад блоку обмеження амплітуди сигналів побудований на швидкодіючому компараторі (значення затримки близько 7 нс).

При відсутності сигналів комп’ютерного керування значну кількість настройок можна задавати використовуючи блок ключів керування, який складається з набору кнопок і перемикачів.