Система на базе осциллографа для определения характеристик тестируемых устройств

При тестировании систем электропитания характеристики замкнутых контуров нужно измерять в диапазоне практически от нуля до нескольких МГц. Несмотря на то, что для анализа характеристик часто используются векторные анализаторы цепей, большинство таких анализаторов предназначено для измерений РЧ–сигналов в диапазоне от около мегагерца. В отличие от анализаторов, осциллографы могут измерять сигналы в широком диапазоне вплоть до минимальной частоты и обеспечивать необходимую наглядность сигналов. Если во время анализа обнаруживается аномалия, можно быстро перейти к устранению проблемы.

В некоторые осциллографы Tektronix встроены источники сигналов, которые можно использовать для подачи сигнала на контур обратной связи через изолирующий трансформатор. Два пробника, подключённые на низкоомный измерительный резистор, предоставляют всю информацию, которая необходима программному модулю для анализа. Прибор измеряет амплитуды входного (тестового) сигнала и выходного сигнала (отклика) для вычисления коэффициента усиления, а также фазовый сдвиг между двумя сигналами.

Стандартная система автоматического контроля характеристик контуров состоит из следующих приборов:

• Осциллограф с необходимой полосой пропускания
• ПО для автоматизации измерений АЧХ систем электропитания
• Два пробника с минимальным ослаблением и низкой ёмкостью
• Генератор синусоидальных сигналов
• Трансформатор с плоской АЧХ, изолирующий генератор синусоидальных сигналов от тестируемого устройства

Измерение запасов устойчивости по графикам Боде

Флуктуации энергопотребления приводят к образованию высокочастотных сигналов в схемах управления источниками питания. Реакция источников питания должна быть быстрой, но при слишком большом усилении в схемах будет возникать звон или осцилляции.

Неустойчивость появляется при положительном коэффициенте усиления (≥1) схемы, когда сдвиг фаз приближается к –180°. При этих условиях возникает положительная обратная связь и схема становится неустойчивой. Графики Боде отображают модуль коэффициента усиления и фазовый сдвиг на одной частотной шкале и позволяют увидеть, насколько близка схема к нежелательным условиям. Два измерения, выполненные на графике Боде, определяют запас устойчивости схемы управления — запас устойчивости по модулю и по фазе.

Запас устойчивости по фазе показывает, насколько далека система от неустойчивости (–180° и единичное усиление) по фазовому сдвигу в градусах. Это значение фазового сдвига, допустимое для схемы, пока коэффициент усиления не приблизится к 0 дБ (единичное усиление).

Запас устойчивости по модулю показывает, насколько далека система от сдвига –180° и единичного усиления по коэффициенту усиления в дБ. Это значение коэффициента усиления, которое можно добавить от точки, соответствующей сдвигу фаз –180°, до 0 дБ.

Поддержка достаточного запаса по модулю и фазе в схеме управления позволяет источнику питания работать, не приближаясь к условиям неустойчивости.