Рис 1а.

Программное обеспечение комплекса состоит из набора виртуальных инструментов, выполняющих функции измерительных приборов и устройств. Набор виртуальных измерительных приборов содержит:

– генератор сигналов (Function Generator);

– осциллограф (Oscilloscope);

– анализатор спектров (Dynamic Signal Analyzer);

– цифровой мультиметр (Digital Multimeter);

– анализатор входного сопротивления (Impedance Analyzer);

– анализатор частотных характеристик (Bode Analyzer);

– построитель вольт-амперных характеристик двухполюсных устройств (Two – Wire Current Voltage Analyzer);

– построитель характеристик трехполюсных устройств (Three-Wire Current Voltage Analyzer).

На дисплее компьютера отображаются передние панели виртуальных приборов, внешний вид которых соответствует передним панелям соответствующих реальных приборов. Настройка и регулировка приборов осуществляется виртуальными «ручками управления», которые управляются мышью либо с помощью клавиатуры. Клавиатура выполняет вспомогательную роль, позволяя вводить значения регулируемых параметров непосредственно на цифровые панели.

Аппаратная часть комплекса

Рабочая станция . Внешний вид рабочей станции показан на рис. 1.

Рис. 1

Цифрами на рис. 1 обозначены:

1 – монтажная панель (2800 гнезд);

2 – предохранитель цифрового мультиметра;

3 – разъемы цифрового мультиметра;

4 – разъемы осциллографа;

5 – выходы генератора функций;

6 – отверстия для крепления монтажной панели;

7 – разъем;

8 – выключатель питания монтажной панели;

9 – индикаторы, показывающие состояние рабочей станции;

10 – ручки управления регулируемым источником питания;

11 – ручки управления генератором функций.

Технические характеристики рабочей станции

– 8/16 каналов аналогового ввода (16 разрядов, 1.25 МГц);

– 2 канала аналогового вывода (16 разрядов, 2.8 МГц);

– 24 цифровых линии ввода/вывода (10 МГц);

– 2 счетчика/таймера;

– регулируемые источники постоянного напряжения ±12В;

– стабилизированные источники постоянного напряжения ±5В, ±15В;

– BNC разъемы для мультиметра и осциллографа;

Управление рабочей станцией может осуществляться программно, с помощью LabVIEW , и в ручном режиме, элементами управления, расположенными на лицевой панели.

Монтажная панель. Внешний вид монтажной панели показан на рис.2. Она подключается к рабочей станции через стандартный PCI разъем. Этот разъем может использоваться для установки плат собственной разработки.

Рис. 2

Цифрами на монтажной панели обозначены:

1 – аналоговые входы;

2 – слот для подключения к рабочей станции;

3 – цифровые входы и выходы;

4 – индикаторы, конфигурируемые пользователем;

5 – разъем D - SUB

6 – разъемы счетчика и таймера, пользовательский ввод-вывод;

7 – разъемы цифрового мультиметра, генератора функций, источников питания;

8 – индикаторы источников питания;

9 – пользовательские выводы;

10 – BNC разъемы;

11 – разъемы типа «банан»;

12- крепежные отверстия.

Внимание! Перед установкой монтажной панели в рабочую станцию или ее демонтажем убедитесь, что питание монтажной панели отключено.

Исследуемая цепь собирается на наборном поле монтажной панели. Наборное поле представляет набор выводов, объединенных в горизонтальные полосы по четыре и пять выводов и вертикальные полосы по 25 выводов. Крайние вертикальные полосы подключены к различным каналам платы сбора данных, а также к различным устройствам на рабочей станции. Слева и справа нанесены названия каждого такого вывода. В табл.1 приведены описания выводов.

На монтажной панели имеются терминалы для исследования характеристик двухполюсных и трехполюсных цепей. Для этого программное обеспечение содержит специальные приборы – анализатор комплексных сопротивлений, построители ВАХ двухполюсных и трехполюсных элементов.

Собранную цепь можно подключить к аналоговым или цифровым каналам ввода-вывода платы сбора данных, к источникам питания. К исследуемой цепи через разъемы «банан», BNC разъемы и разъем D - SUB можно подключить источники внешних сигналов, внешние измерительные приборы, источники питания и т.д.

Источники питания. На монтажной панели имеются фиксированные источники питания ±15В и +5В. Регулируемые источники обеспечивают напряжение от 0 до +12В и от 0 до -12В.

В NI ELVIS II используются полупроводниковые схемы защиты линий ввода-вывода. Единственный плавкий предохранитель, защищающий мультиметр, расположен в съемном картридже.

Если при включенном питании монтажной платы не светится один из индикаторов питания, необходимо проверить собранную цепь или присоединенные устройства на отсутствие короткого замыкания. Отключите питание монтажной платы и включите снова для сброса схем защиты.

Таблица 1

Обозначение	Тип	Описание
AI <0…7>±	Аналоговые входы	Восемь дифференциальных входов
AI SENSE	Аналоговый вход	Нулевая точка для аналоговых каналов в режиме NRSE
AI GND	Аналоговый вход	Заземление для аналоговых входных сигналов
BASE	Вход для анализатора трехпроводных устройств	Вывод для подключения базы биполярных транзисторов
DUT+	Входы для мультиметра, анализатора импеданса, анализаторов двухпроводных и трехпроводных устройств	Входы для измерения емкости и индуктивности с помощью цифрового мультиметра, анализатора импедансов, построителей ВАХ
DUT-
AO <1..0>	Аналоговые выходы	Аналоговые выходы для генератора произвольных сигналов
FGEN	Генератор функций	Выход генератора функций
SYNC	Генератор функций	ТТЛ выход, синхронизированный с генератором функций
AM	Генератор функций	Аналоговый вход, используемый для амплитудной модуляции сигнала генератора
FM	Генератор функций	Аналоговый вход, используемый для частотной модуляции сигнала генератора
BANANA	Входы/выходы, конфигурируемые пользователем	Выводы подключены к разъемам типа «банан» на монтажной панели
BNC <1…2>	Входы/выходы, конфигурируемые пользователем	Выводы подключены к BNC разъемам на монтажной плате
SUPPLY+	Источник регулируемого постоянного напряжения	Вывод регулируемого источника питания (от 0 до + 12 В)
GROUND	Источники питания	Заземление монтажной панели
SUPPLY –	Источник регулируемого постоянного напряжения	Вывод регулируемого источника питания (от 0 до – 12 В)
+15 V	Источник питания	Источник питания +15 В
– 15 V	Источник питания	Источник питания – 15 В
GROUND	Источник питания	Заземление
+5 V	Источник питания	Источник питания +5 В
DIO <0…23>	Цифровые сигналы	Цифровой ввод/вывод

Характеристики виртуальных приборов

Основными рабочими кнопками приборов являются кнопки запуска выполнения виртуального прибора и кнопки сохранения данных измерений и/или анализа в файл. Доступ к виртуальным приборам NI ELVIS реализован через модуль запуска виртуальных приборов Instrument Launcher , который открывается по пути Пуск>>Программы>> National Instruments >> NI ELVIS II >> NI ELVIS .

Модуль запуска приборов NI Elvismx . Передняя панель модуля запуска ВИ показана на рис. 3.

Рис. 3

Для запуска прибора необходимо нажать соответствующую кнопку. Если кнопки запуска виртуальных приборов недоступны и затемнены, это может означать, что есть проблемы с платой сбора данных, либо рабочей станцией. Возможно, что рабочая станция отключена от питания. Программа выдаст сообщение о том, в чем может заключаться ошибка.

Цифровой мультиметр – Digital Multimeter (DMM). Цифровой мультиметр поддерживает все основные функции мультиметра. Этот прибор может производить измерения следующих величин:

– Постоянное и переменное напряжение. Для измерения напряжения используются выходы VOLTAGE HI и VOLTAGE LO . Измеряемое постоянное напряжение не должно превышать ±20 В. Действующее значение измеряемого переменного напряжения не должно превышать 14 В.

– Постоянный и переменный ток. Для измерения тока используются выходы CURRENT HI и CURRENT LO. Ток не должен превышать 250 мА.

– Активное сопротивление. Для измерения активного сопротивления, а также для всех упоминаемых далее величин используются выходы CURRENT HI и CURRENT LO. Значение сопротивления должно находиться в пределах от 5 Ом до 3 МОм.

– Емкость. Пределы измерения составляют от 50 пФ до 500 мкФ.

– Индуктивность. Пределы измерения составляют от 100 мкГн до 100 мГн.

– Проверка работоспособности диода.

Разъемы штекерного типа расположены сбоку на рабочей станции. Для измерения постоянного и переменного токов A и COM. Для измерения постоянного и переменного напряжений, сопротивления, характеристик диода предназначены разъемы V? и COM .

Осциллограф (Scope). Программное обеспечение ELVIS II реализует функциональные возможности двухканального осциллографа. Изображение передней панели прибора показано на рис. 4.

С помощью ручек на передней панели можно регулировать масштаб, временную развертку, выбирать режим синхронизации. Курсоры осциллографа можно использовать для точных измерений параметров сигналов.

Рис. 4

Входы осциллографа подключены к BNC коннекторам рабочей станции. Эти каналы имеют входное сопротивление 1 МОм и снабжены аттенюаторами 1х/10х. Можно использовать также аналоговые входы < AI 0…7> на монтажной панели.

Характеристики прибора:

– два независимых канала;

– возможность измерения амплитуды и частоты;

– курсоры;

– диапазон частот – 50 кГц;

– максимальная частота оцифровки сигнала – 500 кГц/канал;

– диапазон напряжений – 100 мВ – 10 В;

– входное сопротивление – 1 ГОм.

Генератор сигналов произвольной формы. С помощью этого прибора можно получать различные аналоговые сигналы. Пользователь может сформировать сигнал требуемой формы с помощью редактора Waveform Editor.

Поскольку рабочая станция имеет два выхода, AO 0 и AO 1, одновре-менно можно сформировать два сигнала различной формы.

Канал AO 0 используется также для подачи входного напряжения на вывод BASE анализатора характеристик биполярных транзисторов.

Функциональный генератор – Function Generator ( FGEN ). Генератор позволяет получить сигналы синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы. Передняя панель прибора показана на рис. 5.

Рис. 5

С помощью ручек, расположенных на передней панели, можно выбирать форму сигнала (синусоидальная, пилообразные или треугольные импульсы), амплитуду и частоту, а также смещение (offset). Прибор позволяет получать также амплитудно- и частотно-модулированные колебания.

Управление основными параметрами генератора (частота, амплитуда, тип сигнала) может осуществляться как программно, так и в ручном режиме с помощью переключателей и ручек, расположенных на лицевой панели рабочей станции.

Характеристики генератора:

– диапазон частот 5 Гц – 50 кГц; – типы сигналов – синус, прямоугольный, треугольный;

– максимальная амплитуда напряжения 10 В; – смещение ±5В;

– выходное сопротивление 50 Ом; – максимальный выходной ток 100 мА.

Функциональный генератор может работать в ручном режиме ( Manual Mode ). Для этого необходимо установить флажок в окне Manual Mode (расположено в левой нижней части передней панели). Ручки управления функциональным генератором расположены в правой части рабочей станции (рис. 1). Ручкой FREQUENCY регулируется частота генерируемого сигнала, а ручкой AMPLITUDE – его амплитуда. В ручном режиме можно получить только гармонический сигнал.

Выход генератора может быть подключен либо к BNC коннектору FGEN / TRIG рабочей станции либо к выводу FGEN монтажной панели. Выводы AM и FM представляют аналоговые входы для амплитудной и частотной модуляции сигнала генератора.

Анализатор комплексных сопротивлений – Impedance Analyzer . Прибор служит для измерения комплексных сопротивлений пассивных двухполюсников на заданной частоте.

Рис. 6

Частота сигнала может задаваться пользователем. Частотный диапазон составляет от 1 Гц до 35 кГц. По умолчанию частота равна 1000 Гц. Диапазон измеряемых сопротивлений от 5 Ом до 3 Мом.

Прибор подключается к выводам DUT + и DUT – монтажной панели.

Анализатор спектров – Dynamic Signal Analyzer. Прибор реализует функции анализатора спектров. Изображение передней панели анализатора показано на рис. 7.

Диапазон частот анализатора равен 625 кГц. Измерения могут производиться в непрерывном или однократном режиме.

Прибор поддерживает функции фильтрации и усреднения сигналов, а также измерения параметров THD и SINAD .

Рис. 7

Анализаторы вольт-амперных характеристик двухполюсных и трехполюсных цепей – Two – Wire and Three – Wire Analyzers . Эти приборы предназначены для получения ВАХ нелинейных элементов – диодов, стабилитронов и т.п. К сожалению, NI ELVIS II позволяет анализировать только один вид трехполюсных компонентов – биполярные транзисторы. Изображение передней панели двухполюсного анализатора показано на рис. 8. На рис. 9 показана передняя панель трехпроводного анализатора.

Пользователь имеет возможность задавать диапазон изменения напряжений и токов, шаг приращения напряжения (Increment), масштаб графика (линейный или логарифмический). Полученные данные могут записываться в файл.

Диапазон рабочих токов двухпроводного анализатора равен ±40мА. Напряжения могут варьироваться от – 10 В до + 10 В.

Рис. 8