Установка для измерения ВАХ на базе программируемого источника питания APS-7612

Программируемый источник питания APS-7612 является клоном источников питания семейства KORAD KAX00XP. Прибор имеет следующие технические характеристики:

Последовательный интерфейс двунаправленный: используется не только для управления, но и для получения действительных значений напряжения и тока на клеммах источника питания. Т.е. данный источник питания можно условно отнести к классу приборов называемых «источник-измеритель». Именно эта особенность позволяет после небольшой доработки использовать APS-7612 для получения ВАХ полупроводниковых приборов с помощью компьютера.

Прибор для получения ВАХ должен обеспечивать подачу напряжения в прямой и обратной полярности, а также измерения тока в широком диапазоне с достаточной точностью.

Доработка APS-7612 заключается в установке дополнительных узлов, обеспечивающих программное управление полярностью напряжения на выходных клеммах прибора и расширение диапазона измерения тока.

На Рис. 1. показана упрощённая схема доработки источника питания APS-7612.  Переключение полярности напряжения реализовано с помощью реле с двумя группами переключающих контактов. Расширения диапазона измерения тока реализовано с помощью переключаемых измерительных шунтов. Управление реле переключения полярности и измерительных шунтов осуществляет недорогой микроконтроллер, получающий команды через штатный последовательный интерфейс APS-7612. Он анализирует символьные последовательности, поступающие по последовательному интерфейсу, и при обнаружении команды, адресованной блоку коммутаций, включает или выключает соответствующие реле.

Рис. 1 Упрощённая схема доработки источника питания APS-7612

На Рис. 2 приведена полная принципиальная электрическая схема дополнительных узлов: модуля переключения и коммутатора диапазонов. Модуль переключения подключен к основной плате APS-7612 с помощью разъема J2 и содержит микроконтроллер U1, стабилизатор напряжения U2, драйвер реле Q1 и реле K3, осуществляющее переключение полярности напряжения на выходных клеммах прибора. Разъемы J3 и J4 подключены в разрыв штатного кабеля, соединяющего выходные клеммы прибора с платой управляемого блока питания APS-7612.

Рис. 2 Полная принципиальная электрическая схема модуля переключения
и коммутатора диапазонов.

Коммутатор диапазонов выполнен на отдельной плате и впаивается в основную плату APS-7612 вместо штатного измерительного сопротивления.

Модуль переключения

Коммутатор диапазонов

Специальное программное обеспечение (СПО) для микроконтроллера создано и скомпилировано в среде Arduino. Использование готовых библиотек среды Arduino позволяет создавать компактные легко читаемые исходные тексты:

char inpb[] = "12"; int cnt; void setup() {  pinMode(2, OUTPUT); // initialize digital pin 2 as an output.  pinMode(3, OUTPUT); // initialize digital pin 3 as an output.  pinMode(4, OUTPUT); // initialize digital pin 4 as an output.  Serial.begin(9600); // start serial port at 9600 bps. } void loop() {   while (!Serial.findUntil("VAC",0));   if (Serial.readBytes(inpb,2) == 2){     if (strcmp(inpb,"P0")==0) digitalWrite(2, LOW); // Полярность "нормальная"     else if (strcasecmp(inpb,"P1")==0) digitalWrite(2, HIGH); // Полярность "обратная"     else if (strcasecmp(inpb,"R1")==0){ // 1 Ом -  Диапазон 200 мА       digitalWrite(3, LOW);       digitalWrite(4, LOW);     }     else if (strcasecmp(inpb,"R2")==0){ // 10 Ом - Диапазон 20 мА       digitalWrite(4, HIGH);       digitalWrite(3, LOW);     }     else if (strcasecmp(inpb,"R3")==0){ // 100 Ом - Диапазон 2 мА       digitalWrite(4, LOW);       digitalWrite(3, HIGH);     }     else if (strcasecmp(inpb,"R4")==0){ // 1 кОм - Диапазон 200 мкА       digitalWrite(3, HIGH);       digitalWrite(4, HIGH);     }   } }

Характеристики прибора после модификации источника питания:

• Выходное напряжение: 0.. ±60 В
• Выходной ток: 0.. ±200 мА
• Разрешение по напряжению: 10 мВ
• Разрешение по току: 1 мкА, 10 мкА, 100 мкА
• Компьютерный интерфейс USB, RS-232

Для работы с прибором разработано прикладное программное обеспечение (ППО), работающее под управлением операционной системы Windows. В ходе измерения ВАХ управляющая программа ППО посылает прибору команду на установку изменяемого параметра (напряжение или ток), производит опрос значений напряжения и тока, а результат измерений заносит в таблицу в памяти компьютера. В ходе измерения в окне программы строится график ВАХ. По окончании измерения, полученные данные можно сохранить в виде файла. На рис.  3 представлено окно программы измерения ВАХ промышленного полупроводникового устройства - симметричного стабилитрона КС162А.

Рис.3 ППО: Окно программы измерения ВАХ

Справочные материалы:

korad_ka3005p_power-board (схема)
korad_ka3005p_main-board (схема)
korad_ka3005p_interface-board (схема)
korad_ka3005p_display-board (схема)

Request	Remarks
Команды, обрабатываемы контроллером APS-7612
VSET1:12.34	Set the maximum output voltage.
VOUT1?	Request the actual voltage output.
ISET1:1.234	Set the maximum output current.
IOUT1?	Request the actual output current.
OUT1	Enable the power output.
OUT0	Disable the power output.
Команды, обрабатываемы контроллером Iskra Mini
VACP0	Установить нормальную полярность на выходе
VACP1	Установить обратную полярность на выходе
VACR1	Установить диапазон измерения тока – 200.0 мА
VACR2	Установить диапазон измерения тока – 20.00 мА
VACR3	Установить диапазон измерения тока – 2.000 мА

Схемы и печатные платы:

Модуль переключения (схема в формате DipTrace) Модуль переключения (печатная плата в формате DipTrace)
Коммутатор диапазонов (схема в формате DipTrace) Коммутатор диапазонов (печатная плата в формате DipTrace)

ППО

Дистрибутив	Описание
VAC_EXE.tar	Приложение WIndows, скомпилированное в среде LabView2012.
VAC_LV.tar	Исходный текст на языке LabView2012
LVRTE2012f3std.exe	Run-Time библиотека для выполнения приложений скомпилированных в среде LabView2012. Необходимо установить для работы приложения.
visa540_runtime.exe	Run-Time библиотека для работы с устройствами с последовательным интерфейсом. Необходимо установить для работы приложения.