جسر LCR رقمي دقيق بمسح بياني

المكثّف ليس رقمًا واحدًا. فسعته تتغيّر مع التردد، ومع مستوى الإشارة، ومع الجهد المستمر المطبَّق عليه؛ والقراءة عند تردد واحد تقول إنّ القطعة تقع في نطاق ما، لا إنّها ستؤدّي في الدائرة التي ستُركَّب فيها.

نظرة عامة على المنتج

هذه جسور LCR منضدية دقيقة، ثلاثة طرازات تتشارك المنصة وتفترق في المدى الترددي: من 20 Hz إلى 300 kHz، وإلى 500 kHz، وإلى 1 MHz. والدقة الأساسية 0,05% في الثلاثة، وتمييز التردد 1 mHz، فالسؤال ليس «هل يبلغ الجهاز التردد؟» بل «إلى أيّ مدى يبلغه؟».

والمعاملات المقيسة اثنا عشر: المعاوقة والمقابلة والسعة والمحاثة والمفاعلة والقبول والمقاومة والتوصيل ومعامل التبدد ومعامل الجودة وزاوية الطور ومقاومة التيار المستمر. وكل واحد منها له مدى عرض يبدأ من 0,00001 في وحدته، في قراءة من خمسة أرقام ونصف.

ولوحة المقدمة تحمل شاشة TFT ملوّنة بقياس 7 بوصة على اليسار، وعمود مفاتيح لينة بجوارها، ومقبضًا دوّارًا ولوحة أرقام على اليمين، وصفّ أطراف اختبار محورية على الحافة السفلى. ولوحة الخلف تحمل المناولة والزناد الخارجي والمنفذ التسلسلي ومنفذ الباركود ومنفذ USB.

آلية عمل الجسر الرقمي

يولّد الجهاز إشارة اختبار جيبية عند تردد ومستوى مختارين، ويطبّقها على المكوّن عبر وصلة رباعية الأطراف. والوصلة الرباعية تفصل مسار التيار عن مسار الجهد، فلا تدخل مقاومة الأسلاك ولا مقاومة التلامس في القراءة.

ثم تُحلَّل مركّبتا الجهد والتيار: المركّبة المتزامنة مع الإشارة والمركّبة المربّعة عنها. ومن هاتين المركّبتين تُحسب كل المعاملات الأخرى؛ فالمعاوقة نسبة الجهد إلى التيار، وزاوية الطور فرق الطور بينهما، ومعامل التبدد نسبة الجزء الحقيقي إلى التخييلي. وهذا التحليل هو ما يجعل جهازًا واحدًا يخرج اثني عشر معاملًا.

والدائرة المكافئة توالي أو توازٍ، والاختيار بينهما ليس تفصيلًا. فالمكثّف ذو التبدد المنخفض يُقاس على التوالي، والمكثّف ذو التبدد العالي على التوازي، والرقم يختلف بين الاختيارين اختلافًا يهمّ عند كتابة المواصفة.

والمعايرة تعمل على إزالة المتبقّي: فتح الأطراف يقيس المعاوقة الطفيلية على التوازي، وقصرها يقيس المتبقّي على التوالي، ويُطرحان من القراءة. وهي تُجرى عند ترددات نقاط أو على المدى كامل، والفرق بينهما يظهر عند الطرف الأعلى من المدى الترددي.

كيف تختار الجسر المناسب

ابدأ بأعلى تردد تُحدَّد عنده القطع. فالورقة الفنية للقطعة تذكر ترددًا واحدًا أو قليلًا تُضمن عنده القيم؛ وإن كان أعلاها 400 kHz فالطراز الذي ينتهي عند 300 kHz لا يبلغه، والأكبر هو المطلوب ولو كان معظم العمل عند 1 kHz.

ثم مستوى الاختبار. فالمكثّف السيراميكي من نوع معيّن تتغيّر سعته بمقدار محسوس بين مستوى وآخر، وقياسه عند مستوى لا يشبه مستوى التشغيل يعطي رقمًا صحيحًا لدائرة أخرى. والنسخة المعزَّزة تبلغ 10 V، وهي ما يلزم لقطع تعمل عند جهد أعلى.

ثم الانحياز. فمن -5 V إلى +5 V على استمرار يكفي لرؤية انزياح السعة بجهد صغير، ولا يكفي لقطعة تعمل عند مئات الفولتات؛ وتلك تحتاج حاملة انحياز خارجية، وتُحسم مع الحاملة لا بعد الشراء.

ثم السرعة والفرز. فزمن 9 ms يخصّ خطًّا يُقاد بالمناولة؛ ومقارن بعشرة أصناف يحوّل القبول والرفض إلى تدريج. ومختبر يقرأ قطعة واحدة كل دقيقة لا يحتاج أيًّا منهما، ويحتاج المسح البياني أكثر.

وأخيرًا الواجهة. ف RS232C وUSBTMC وUSBCDC وHANDLER قياسية، وGPIB اختياري؛ والقاعدة التي تُشغّل أجهزة قديمة على ناقل GPIB تحتاج الخيار، ومن يدير كل شيء من حاسوب حديث لا يحتاجه.

حدود القياس واعتبارات الاختيار

الجسر يقيس مكوّنًا عند شرط، لا مكوّنًا في دائرته. فالمكثّف الذي يُقاس وحده عند 1 kHz ليس هو المكثّف نفسه مركَّبًا بجوار محاثة ومقاومة، ولا هو نفسه تحت جهد تشغيل. والصفحة التي تعطي رقمًا واحدًا تعطي رقمًا صحيحًا لشرط واحد.

والمعايرة تزيل متبقّيًا ثابتًا لا متبقّيًا يتحرّك. فتحريك الأسلاك بين قياس وآخر يغيّر المتبقّي، والتوصيل عند 1 MHz حيث بضعة سنتيمترات من السلك معاوقة معتبرة يجعل الحاملة الصحيحة أهمّ من الجهاز نفسه. ولهذا يهمّ تثبيت هندسة القطعة أكثر مما يهمّ عند أسفل المدى.

والمتوسط والسرعة يتفاعلان مع القطعة لا مع الجهاز وحده. فالمكثّف كبير القيمة أو المحاثة الكبيرة تحتاج وقتًا لتستقرّ بعد تطبيق الإشارة، وقراءة 9 ms مأخوذة قبل الاستقرار تختلف عن قراءة 187 ms للقطعة نفسها. وحيث تُستعمل القراءة حدًّا، يجب أن يكون ضبط التوقيت جزءًا من إجراء الاختبار.

وأخيرًا وظائف المسح تصف مكوّنًا لا مواصفة. فالمنحنى الأملس مطمئن، لكن قرار القبول أو الرفض يحتاج حدًّا، والحدّ يجب أن يأتي من الرسم لا من شكل المنحنى.