Анализ стабильности преобразователей постоянного тока в частотной области

Измерительная задача

Необходимо определить стабильность цепей электропитания при изменении параметров в результате старения или изменения температуры. Анализ частотных характеристик — важный инструмент для разработки и проверки схем. Различные измерения, например, коэффициента подавления нестабильности питания, сопротивления компонента и коэффициента усиления разомкнутой системы, помогают оценивать общую стабильность. Для их выполнения, как правило, используется низкочастотный векторный анализатор цепей. Но измерения можно выполнять и с помощью осциллографа типа R&S®RTM3004, который обычно входит в комплект лабораторного оборудования.

Решение компании Rohde & Schwarz

С опцией анализа частотных характеристик (ЛАФЧХ или диаграмм Боде) R&S®RTx-K36 становится возможным быстрый и удобный анализ АЧХ на осциллографе. Опция R&S®RTx-K36 использует генератор сигналов, встроенный в осциллограф, для генерации сигналов входного воздействия в диапазоне от 10 Гц до 25 МГц. Измеряя соотношение сигнала входного воздействия и выходного сигнала ИУ на каждой испытательной частоте, осциллограф строит графики изменения коэффициента усиления и фазы в логарифмическом масштабе.

Динамический диапазон R&S®RTx-K36 при входном сигнале 0 дБмВт обычно составляет > 70 дБн с амплитудным шумом < 1 дБ и фазовым шумом < 5°. Для получения такого динамического диапазона с 10-разрядным АЦП осциллографа R&S®RTM3000 устраняется широкополосный шум с помощью функций фильтрации и усреднения, которые применяются при дискретном преобразовании Фурье.

Применение

Проводились измерения контура управления понижающим преобразователем постоянного тока с помощью осциллографа R&S®RTM3004 с установленной опцией построения ЛАФЧХ или диаграмм Боде. Сигнал генератора подается через трансформатор в контур обратной связи преобразователя, и сигнал измеряется в узле подачи (CH1) и узле вывода (CH2).

Результаты измерений

Как показано на снимке экрана в верхней части следующей страницы, коэффициент усиления разомкнутой системы (красная кривая) уменьшается почти монотонно при повышении частоты. Фаза разомкнутой системы (синяя кривая) показывает немонотонное поведение, которое возникает из-за слишком большой емкости электролитического конденсатора на выходе понижающего преобразователя.

Традиционно частотная характеристика измеряется с помощью специализированного низкочастотного векторного анализатора цепей (ВАЦ). Для сравнения результатов измерения, полученных с помощью R&S®RTM3004, было выполнено идентичное измерение с помощью низкочастотного ВАЦ и осциллографа из серии R&S®RTM3000.

Приведенное ниже сравнение показывает, что результаты анализа, выполненного с помощью R&S®RTM3004, практически совпадают с результатами анализа, полученными с помощью низкочастотного векторного анализатора цепей.

Заключение

Разработчики используют осциллографы в качестве основного измерительного инструмента для проверки и определения характеристик электрических цепей. В частности, в системах электропитания разработчики обычно анализируют частотную характеристику с помощью специализированного внешнего устройства, а именно низкочастотного ВАЦ. Опция анализа частотных характеристик (ЛАФЧХ или диаграмм Боде) R&S®RTx-K36 для осциллографов R&S®RTM3000, R&S®RTB2000 и R&S®RTA4000 выполняет анализ частотных характеристик с аналогичной точностью.

Со встроенным генератором сигналов и с малошумящим входным каскадом эти осциллографы идеально соответствуют требованиям задач анализа частотных характеристик и представляют собой экономичную альтернативу специализированным автономным низкочастотным анализаторам цепей.