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Analizzatore di alimentazione DC Agilent N6705La misura dei consumi dei prodotti alimentati a batteria è un’esigenza sempre più richiesta dai progettisti di sistemi elettronici e si rivela facilmente un’operazione più complicata di quello che ci si possa aspettare.

Ecco perché stanno apparendo sul mercato alcune soluzioni innovative progettate proprio per soddisfare questa esigenza, come le unità di alimentazione e misura serie N6700 di Agilent.

Vediamo nel dettaglio da dove nascono queste esigenze.

E’ chiaro che l’alimentazione a batteria è uno degli aspetti cruciali di un sempre maggior numero di apparecchiature elettroniche, sia di largo consumo che industriali.

E’ altrettanto ovvio che tutti vorrebbero disporre di batterie piccole, affidabile e praticamente inesauribili.

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E’ ancora più evidente che ciò non è possibile e pertanto ogni singola ‘goccia’ di energia presente in una batteria ricaricabile vada sfruttata al meglio e che la durata della batteria è un potente strumento di marketing per decretare il successo (o l’insuccesso) di un prodotto.

Ecco allora che nella fase di produzione e validazione di un progetto è fondamentale capire quanto assorbe il carico nelle condizioni di uso reali.

Consumi intermittenti tipici di un prodotto alimentato a batteriaSi pensi al semplice caso di un telefonino o di una tastiera per PC wireless. In entrambi i casi il consumo energetico è intermittente e l’assorbimento energetico può variare da alcuni ampere (quando il telefono trasmette oppure quando di preme un tasto) a pochi microampere (nelle condizioni a riposo).

Misurare intensità di correnti così diverse con elevata dinamica e con la precisione richiesta è piuttosto difficile.

Infatti, un comune oscilloscopio connesso a un resistore shunt per la misura della corrente offrirebbe sì la dinamica necessaria, ma difetterebbe di accuratezza. Al contrario, un multimetro ha certamente l’accuratezza necessaria, ma difficilmente la dinamica e, soprattutto, potrebbe imporre tensioni ai capi pericolose per il carico.

La soluzione più adatta alle misure sugli assorbimenti energetici di questo tipo è rappresentata dalle unità di alimentazione e misura, o SMU (Source Measure Unit), ossia sistemi in grado non solo di alimentare e assorbire corrente dal carico, ma anche di misurare istantaneamente con elevata dinamica tensione e corrente ai loro capi.

Le unità di alimentazione a misura sono tipicamente utilizzate per caratterizzare i semiconduttori e i componenti elettronici e sono disponibili commercialmente in due grandi famiglie di prodotto: sistemi ad alte prestazioni per la caratterizzazione dei semiconduttori e sistemi di base per il controllo semplice di tensioni e correnti.

Per l’analisi funzionale di prodotti alimentati a batteria, però, gli strumenti del primo tipo si rivelano eccessivamente costosi e sovradimensionati, mentre quelli di base non hanno le caratteristiche sufficienti per misurare con l’accuratezza necessaria i dispositivi moderni.

Moduli di alimentazione e misura a 2 quadrantiRecentemente Agilent ha introdotto sul mercato la necessaria ‘via di mezzo’ costituita dalla serie di moduli di alimentazione e misura a due quadranti N6781A e N6728A, che si inseriscono all’interno dell’analizzatore di alimentazione DC N6705.

Per l’analisi dei sistemi alimentati a batteria basta uno strumento capace di funzionare a 2 quadranti, cioè in grado di assorbire od erogare corrente mantenendo un livello di tensione positivo.

Una delle caratteristiche fondamentali richieste per l’esecuzione di prove funzionali realistiche è un funzionamento garantito privo di glitch in qualunque condizione del carico, una condizione molto difficile da ottenere con dei comuni alimentatori o carichi elettronici, soprattutto nei casi di enorme differenza tra il livello dei consumi a riposo e nello stato attivo dei dispositivi a batteria.

I moduli di alimentazione e misura realizzati da Agilent utilizzano per la misura di correnti e tensioni in tempo reale una digitalizzatore a 18 bit con banda di 200 kHz che funziona come una singola scala di valori con dinamica equivalente di 28 bit.

In pratica, ciò significa poter misurare correnti di debole e forte intensità senza preoccuparsi di impostare la scala o di accettare compromessi tra dinamica e accuratezza, e questo è uno dei punti di forza di questo tipo di strumenti: in una sola videata è possibile osservare assorbimenti che passano rapidamente dagli Ampere ai nanoampere, lo strumento fa tutto da solo e cambia la scala senza glitch in modo totalmente automatico.

Modulo di alimentazione e misura a 4 quadrantiA complemento di questa gamma di moduli pensati per le prove sui dispositivi alimentati a batteria, Agilent ha presentato un modulo di alimentazione e misura funzionante sui quattro quadranti (quindi anche con tensioni negative).

Il modulo N6784A è indicato per la caratterizzazione di moduli e dispositivi a semiconduttore. Anch’esso garantisce l’assenza totale di glitch in ogni condizione, può variare la tensione ai sui capi con una velocità di 10 V/μs su un carico resistivo ed è dotato, oltre che del digitalizzatore per le misure, anche di una funzione per la generazione di forme d’onda arbitrarie capace di imporre onde sinusoidali fino 100 kHz su un carico resistivo.

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