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Vorrichtung zur Prüfung
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von Bauelementen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung
von elektrischen Bauelementen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Vorrichtungen
sind bereits allgemein bekannt. So wird beispielsweise eine Widerstandsmessung dadurch
durchgeführt, in dem ein bekannter Strom durch den Widerstand geschickt wird und
der Spannungsabfall gemessen wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung
zu verbessern, so daß einerseits eine hohe Meßgeschwindigkeit gegeben ist und andererseits
auch komplexe Bauelemente bzw. Baugruppen ausmessbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale
gelöst.
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Wegen der hohen Meßgeschwindigkeit und der Komplexität der zu prüfenden
Bauelemente bzw. Baugruppen wurde ein Wechselspannungsmeßverfahren gewählt. Um eine
Beschädigung oder Zerstörung der noch unbekannten Bauelemente zu vermeiden, wird
durch eine Regelschaltung die Meßspannung von einem minimalen Wert aus hochgeregelt
, bis
der Meßstrom erreicht ist. Dann wird der Strom konstant gehalten.
Ein zusätzlicher Schutz ist durch eine aktive Strombegrenong gegeben, so daß auch
bei der Überprüfung von Halbleiterübergängen eine Zerstörung des Halbleiters ausgeschlossen
ist. Die Daten der gemessenen Bauelemente insbesondere der komplexe Widerstand,
der Phasenwinkel, das induktive oder kapative Verhalten, Halbleiterübergänge und
parallel geschaltete Bauelemente mit Halbleiterelementen werden parallel ausgewertet.
Dadurch ergibt sich ein Zeitgewinn beim Auswerten der Meßdaten, ein schonendes Messen
der Bauelemente durch die Regelung und eine bessere Auflösung bei niedrigen Meßwerten.
Eine Verkürzung der Meßzeit wird mittels einer Sample- and Hold-Schaltung realisiert,
die zum Spannungs- und/oder Strommaximum die Werte und ihre zeitliche Zuordnung
aufnimmt.
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Die Dekodierung erfolgt auf einfache Art und Weise mit Flip-Flops
und Zählern, mittels denen auch das Phasenverhalten zwischen den Maximalwerten zwischen
Strom und Spannung festgestellt wird. Für die Halbleiterauswertung ist es möglich,
lediglich eine Halbwelle zu berücksichtigen.
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Die Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2 ein Impulsdiagramm zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Vorrichtung,
Figur 3 ein Beispiel eines Stromregelkreises, Figur 4 den Aufbau der Regelstufe
und Figur 5 die Anordnung zur Verdeutlichung der Halbleiterauswertung.
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Die übrigen gezeigten Baugruppen sind entweder per se bekannt oder
im Weiteren ausführlich beschrieben.
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Kurzbeschreibung von Bestückstest und Messablauf Unter Bestückungstest
versteht man ein Verfahren, bei dem Bauteile einer guten geprüften Leiterplatte,
mit denen einer
neu bestückten Leiterplatte verglichen werden, um
Fehlbestückungen zu erkennen. Dieser Test soll auch automatisch ablaufen, d.h. Bauteile
und -Kombinationen einer guten Leiterplatte werden gemessen, klassifiziert und die
Toleranzen bestimmt, diese Werte werden dann abgespeichert (Lernphase). Im Testlauf
werden dann diese Werte mit den gleichen Bauteilen und -Kombinationen von neu bestückten
Leiterplatten verglichen.
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Wegen der Bedingung unbekannte Prüflinge automatisch und zerstörungsfrei
messen und bestimmten zu können, müssen Messpegel, -Strom und Messablauf folgende
Kritierien erfüllen: 1. Die Messpegel müssen bei jeder Messung, auch beim Umschalten
in einen anderen Messbereich, von der kleinsten Spannung z.B. iOmV so lange erhöht
werden, bis der Messtrom erreicht ist.
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2. Eine schnelle Strombegrenzung muß verhindern, daß z.B.
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eine Diode durch einen zu großen Strom zerstört wird.
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3. Nach jeder Messung muß eine Erholzeit zur Verfügung gestellt werden,
in der die Regelung die Meßspannung absenkt, den Meßeingang überbrückt, die Meßbereichsschalter
und die Relais zum Zu- und Abschalten des Prüflings betätigt.
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Messablauf: An den Prüfling wird eine kleine Wechselspannung angelegt,
die so lange erhöht wird, bis der Meßstrom durch den Prüfling erreicht ist, der
dann konstant gehalten wird.
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Durch Auswerten der Amplitude der Meßpegel (beide Halbwellen getrennt,
(Diode)) und der Phase werden die Kenndaten des Prüflings (Z, Phi, induktiv/kapazitiv)
ermittelt.
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Durch Auswerten des Stromes (Überstrom), werden die Kenndaten von
Dioden, antiparallen Dioden, Induktivität parallel zur Diode und deren Einbaurichtung
erkannt.
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Kombinationen aus Widerständen, Induktivitäten und Kondensatoren
mit Halbleiterübergängen können auch ausgewertet werden.
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Daten Messzeiten : 20 msec bei 4,8 kHz > Erholzeit 700 msec " 20
Hz > 235 msec.
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Messtroeme: 10 uA > Messpg. 10 mVs / 100 mVs - 3 Vs 100 uA >
1 mA > max.Messpg. <5 Vs Messfrequ.: 4,8 kH ( R , L , C ,p-n Ueberg.) 20 Hz
(nur fuer grosse Kondens.( >1uF,Elko's)) Strombegrenzung: = 2 x Imess.
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C-Abgleich fuer parasitaere Cs ( z.B. LP, Leitungen usw.) Messbereiche:
MB 1, 10uA/4,8kHz 10k - 300k - -MB 2, 100uA " 1k - 30k 1nF - 33nF 33mH - 995mH MB
3, 1mR " 10# - 3k 10nF - 3,3uF 330uH - 99,5mH MB 4, 100uA/ 20 Hz 270nF - 8uF MB
5, 1mA " 2,7uF - 800uF
Beschreibung des Meßverfahrens mit Hilfe
des Blockschaltbildes nach Figur 1.
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In einem Regelkreis 2 wird der Prüfling 1 mit einer Wechselspannung
steigender Amplitude beaufschlagt, bis der vorgewählte Meßstrom erreicht ist, der
dann konstant gehalten wird.
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Der Regler hat eine nichtlineare Kennlinie, dadurch werden kleine
Spannungen höher bewertet (bessere Auflösung bei kleinen Meßwerten). In einer Gleichrichterschaltung
3 wird die Meßspannung in einen positiven und negativen Anteil aufgeteilt und in
den aktiven-Filtern 4 (bei 4,8 kHz Messungen) aufintegriert. Die Gleichspannung
ist proportional dem Betrag des Widerstandes des Prüflings. Bei der 20 Hz Messung
werden die Spannungswerte mit Sample-and Hold-Schaltungen 5 abgetastet und gespeichert,
da die Meßzeit beim Aufintegrieren durch Filter wegen deren großer Zeitkonstanten
überschritten würde. (tmess 2 Sek,; tats. 700 msec).
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Die Sample-and Hold-Schaltungen werden durch eine Meßzeitpunktschaltung
6 gesteuert, im Prinzip eine Zählerschaltung, die ihre Zählfrequenz aus der zentralen
Frequenzerzeugerstufe 19 (3,6 kHz) erhält und beim Nulldurchgang 9 der Meßpegel
gesetzt wird. Sie schaltet bei positiven und negativen Scheitelwerten (900/2700)
die jeweilig zuständige Sample-and Hold-Schaltung 5 zu. In der Regel wird die negative
Halbwelle ausgewertet, es sei denn, eine Halbleiterstrecke ist parallel zum Prüfling
angeordnet, die die negative Halbwelle kurzschließt bzw. bei der die Strombegrenzung
anspricht, dann wird die positive Halbwelle ausgewertet.
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Zur Phi Messung 12 und der Aussage induktives oder kapazitives Verhalten
13 werden die Ausgangssignale der Nulldurchgangsschalter für die Meßpegel 9 und
den Meßstrom 10 herangezogen (Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung vor-
bzw. nacheilend). Die Nulldurchgangsschalter
setzen die Meßspannungs-
und -Stromsignale in jeweils phasenrichtige Rechteckimpulse um. (Ansprechempfindlichkeit
<10 mV).
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Aus diesen Impulsen wird ein Differenzimpuls gebildet (Fig. 2).
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Vier dieser Impulse werden zur Mittelung mit einer Auflösung von 2°
ausgezählt (864 kHz für 4,8 kHz Messungen aus den PLL-Frequenzvervielfacher 21,
3,6 kHz für 20 Hz-Messungen). Durch rechtsverschieben des binären Ergebnisses wird
die Summe durch zwei geteilt, d.h. das Ergebnis wird in 10 Schritten ausgegeben.
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Bei der Auswertung induktives oder kapazitives Verhalten 13 wird das
negierte Signal des O-Stromschalters 10 auf den D-Eingang eines Flip-Flop gegeben,
das O-Spannungssignal 9 auf den Clock Eingang. Im Ruhezustand ist Q = O d.h. C-Verhalten.
Ist das negierte O-Stromsignal vorher vorhanden (D-Eingang = 1), bringt das O-Spannungssignal
9 das Flip-Flop zum Kippen, Q wird 1, d.h. L-Verhalten.
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Um Meßfehler durch das Einschwingen der Schaltung zu vermeiden, wird
mit einer Wartezeitschaltung 11 (Zähler), die in ihrer Zeit umschaltbar ist (320
Hz/20 Hz), während der Einschwingzeit die Meßschaltung blockiert. (Wartezeit für
4,8 kHz 12,5 msek.für 20 Hz 200 msek.). Die Strombegrenzungsschaltung 14 spricht
bei einem Überstrom von = 2 ' Imess an.
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Sie begrenzt dann diese Halbwelle der Wechselspannung auf S200 mV
und wird mit dem Nulldurchgang der Meßspannung wieder zurückgesetzt. Gleichzeitig
wird das Ansprechen der Strombegrenzung zur Erkennung von p-n Übergängen eingesetzt,
da hier in der Durchlaßrichtung der Strom stark ansteigt. Das Ansprechen der Schaltung
wird, abhängig von der Polarität der Halbwelle, in Flip-Flopsgespeichert, dadurch
ist die Richtung des p-n Überganges schon erfaßt (18). Eine "Oder"-Verknüpfung beider
Flip-Flop ergibt die Aussage "p-n Übergang vorhanden" (15), eine "UND"-Verknüpfung
die Aussage "antiparallele p-n Übergänge" (17).
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Hat der Meßstrom einen großen Gleichanteil, (Fig. 5), handelt es sich
bei dem Prüfling um eine Spule parallel mit p-n-Übergängen. Hier wird der Mittelwert
des Meßstromes von 17 gebildet und durch das Ansprechen eines von zwei Komparatoren,
a) "Spule mit parallelen p-n-Übergängen" und b) die Einbaurichtung erfaßt.
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Meßstromregelung (Fig. 3) Daten:
| Meßzeit: 20 msec bei 4,8 kHz |
| # Erholzeit 2,5 msec |
| 700 msec bei 20 Hz Erholzeit2,5 msec |
| Meßströme: 10 /uA |
| 100 uA Meßspannung 1OmV - 3V |
| 1 mA max. Meßspannung 5V5 |
Meßfrequenz: 4,8 kHz (R, L, C, p-n Übergang) 20 Hz (nur für große C's (71/uFuF Elkos)
p-nÜb.) Strombegrenzung: 2. Imess. Sie spricht auf Überstrom an, wird gespeichert
und nach jeder Halbwelle beim Nulldurchgang der Spannung zurückgesetzt.
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(Diodenmessungen).
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C-Abgleich für parasitäre C's (z.B. LP, Leitungen usw.) Meßbereiche
Z C L MB 1 10µA/4,8 kHz 10 k - 300 k -MB 2 100 /u/4,8 kHz 1 k - 30 k 1 nF - 33 nF
33 mH-995 Mb MB 3 1 mA/4,8kHz 10 - 3k 10 nF - 3,3 /uF 330 /uH-995,b MB 4 100 µA/20
Hz 27onF-8/uF MB5 5 1 mA/20 Hz 2,7/uF-800 /uF In sämtlichen Meßbereichen müssen
p-n Übergänge und deren Einbaurichtung erkannt werden. Um guarden zu können, muß
der Ausgangsstrom des Ansteuerverstärkers größer sein, als der maximale Meßstrom.
(Ausgangsstrom = maximaler Meßstrom und maximaler Guardstrom).
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Bei zu großem Guardstrom entstehen aufgrund der Übergangswiderstände
(Testnadeln usw.) Meßfehler (bei 10 mA bis 50 ). Wegen der Bedingung, unbekannte
Prüflinge automatisch und zerstörungsfrei messen zu können, muß bei jeder Messung,
auch beim Umschalten in einen anderen Meßbereich, die Meßspannung von der kleinsten
Spannung C10 mV so lange erhöht werden, bis der Meßstrom erreicht ist, der dann
konstant gehalten wird. Nach jeder Messung wird eine Erholzeit (2,5 msek.) zur Verfügung
gestellt, in der die Regelung die Meßspannung absenkt, den Meßeingang überbrückt,
die Meßbereichsschalter und die Relais zum Zu-und Abschalten des Prüflings betätigt
werden.
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Funktionsbeschreibung anhand des Blockschaltbildes (Fig. 3) An einen
Prüfling wird in Punkt A eine Meßspannung angelegt. Der resultierende Meßstrom i
wird im -Wandler m (IC9) (invert. Op.) in eine proportionale Spannung ui umgesetzt
und entsprechend den Meßbereichen gewichtet.
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Diese Spannung wird, ausgekoppelt über einen Kondensator (4,8 kHz
m. L-M.) oder direkt bei 20 Hz, einem Präzisionsdoppelweggleichrichter (IC8) mit
veranderlicher Verstärkung zugeführt und gleichgerichtet. Die veränderliche Verstärkung
wird bei Messungen mit Dioden benötigt.
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Um die teilweise fehlenden Halbwellen zu kompensieren, wird hier der
Meßwert bei Diodenverhalten (Ansprechen der Strombegrenzung) verstärkt. Das gleichgerichtete
Signal wird über Filter dem Regelverstärker (IC5) als Ist-Wert zugeführt. Wegen
der großen Frequenzdifferenz (4,8 kHz, 20 Hz) wurde das Filter doppelt ausgeführt,
d.h. zum 4,8 kHz Filter wird bei 20 Hz ein zusätzlicher Filterzweig parallel geschaltet,
dieser wird aber, um die Einschwingzeit z.B. beim Übergang von MB3 (4,8 kHz) auf
MB4 (20 Hz) klein zu halten, auch bei 4,8 kHz-Messungen dauernd nachgeführt.
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Der Regelverstärker (IC5) wurde als Regler mit Verzögerung ausgeführt.
Er ist umschaltbar (4,8 kHz-, 20 Hz-Betrieb), hat eine nichtlineare Ausgangskennlinie
und ist innerhalb 2 msek. rücksetzbar, d.h. innerhalb der 2,5 msek. Erholzeit nach
einem Meßvorgang muß die Reglerausgangsspannung auf -0,6V und damit die Ansteuerspannung
des Prüflings auf den kleinsten möglichen Wert abgeregelt werden. Dies ist nötig,
um bei einer nachfolgenden Messung den folgenden Prüfling nicht durch eine noch
anstehende Spannung zu beschädigen oder zu zerstören. Wegen der kurzen Meßzeit muß
der Regler asymptotisch einschwingen. Ein steiler Anstieg der Reglerausgangsspannung
und dadurch der Meßspannung würde: a) Zum Überschwingen führen. Dadurch könnte erst
sehr viel später als beim asymptotischen Einschwingen die Meßspannung ausgewertet
werden.
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b) Bei der Messung von Induktivitäten, beim Einschwingen, einen Gleichanteil
des Meßstromes zur Folge haben, der wiederum die Regelcharakteristik verändert und
eventuell die Strombegrenzung zum Anprechen bringt.
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Mit dem nichtlinearen, spannungsabhängigen Netzwerk aes Reglers wird
bei kleinen Meßspannungen die Ausgangskennlinie verändert, um eine größere Auflösung
zu bekommen; gleichzeitig werden Regelcharakteristik und die Kennlinie des Stellgliedes
angepaßt. Der Reglerausgangsstrom steuert über eine Leuchtdiode und einen Opto-FET
(H11) die Verstärkung eines Verstärkers (IC5 ), an dessen Eingang eine Sinusspannung
von 522mm 4,8 kHz/20 Hz liegt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers wird über Kondensatoren
ausgekoppelt (Offset) und über einen Schalter S dem Treiberverstärker IC7 zugeführt.
Der Schalter S soll die Spannungsreduzierung der Meßspannung auf < 200 mV darstellen,
die nötig ist, wenn die Überstrombegrenzung anspricht (z.B.
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bei Dioden als Prüfling).
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Weitere angeschlossene Baugruppen: C-Kompensation Parallel zum Prüfling
liegt eine Schaltung (IC6) zur Kompensation parasitärer Kondensatoren (z.B. LP,
Leitungen im EKO usw.). Sie ist über Potentiometer abgleichbar.
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Nulldurchgangsschalter Spannung (9) Signal: Meßspannung Benötigt für:
T -Messung, Rücksetzen der Überstrombegrenzung Nulldurchgangsschalter Strom (10)
Signal: Meßstromproport. Ausgangsspanung des I/U-Wandlers (ich) Benötigt für: ff
-Messung.
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Überstrombegrenzung: Signal: s.o. Ausgangsspannung des I/U-Wandlers
(IC9) Benötigt für: Begrenzung des Überstromes (z.B. Diodenmessungen) über S; Erkennen
von Dioden, antiparallelen Dioden, Induktivitäten parallel Dioden.
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Induktivitäten parallel zu Dioden: (16) Signal: s.o. Ausgangsspannung
I/U-Wandler.
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Bei einer Induktivität hoher Güte parallel mit einem p-n Übergang
bildet sich ein Meßstrom mit so großem Gleichanteil aus, daß die Strombegrenzung
anspricht. Die Polarität des Gleichanteiles des Meßstromes gibt die Einbaurichtung
des p-n-Überganges an.
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Das Filter besteht aus zwei Teilen:
Teil 1: stellen
das Filter für den 4,8 kHz Bereich dar.
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Teil 2: wird zu Teil 1 parallel geschaltet und bildet mit ihm zusammen
das 20 Hz Filter.
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Der 2. Teil des Filter wird über einen Widerstand, auch bei Messungen
im 4,8 kHz Bereich, dauernd nachgeführt. Dies ist nötig, da unmittelbar nach einer
4,8 kHz Messung eine 20 Hz Messung folgen kann z.B. beim Übergang vom MB3 auf MB4
oder beim Testen. Die Zeitkonstante des Filters hängt nicht nur von der Meßfrequenz
ab, sondern steht in engem Zusammenhang mit der Regelzeitkonstante und dem Einschwingverhalten
des Regelkreises; d.h. bei Änderungen der Filterzeitkonstante müssen diese Faktoren
berücksichtigt und überprüft werden.
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Die Welligkeit der Filterausgangsspannung ist relativ groß, sie wirkt
sich jedoch nicht so stark aus, da der Regler selber als Siebglied wirkt.
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Der Regler (Fig. 4) Mit der Regelschaltung wird der Ist-Wert des Meßstromes,
mit dem Sollwert verglichen und so lange nachgeregelt, bis beide Werte identisch
sind. Als Koppelelement zum Stellglied (regelbarer Verstärker, IC5) dient ein Optokoppler
mit einem FET als veränderlichem Widerstand. Mit diesem FET wird der Rückkoppelwiderstand
eines nichtinvertierenden Verstärkers (IC5') verändert, und damit auch seine Verstärkung.
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Funktion; Ist-Wert.
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Die Gleichrichterausgangsspannung (prop. T ) wird in einem me s s
nachfolgenden Filter integriert und über R47 dem negativen Eingang des Reglers zugeführt.
Im eingeschwungenen Zustand der Regelung beträgt die Spannung ungefähr 1,3 V.
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Soll-Wert.
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Aus einer 5V Konstangspannungsquelle wird durch einen Spannungsteiler
R50, R51, R52, die Sollspannung 1,3V des Reglers erzeugt. Um den Meßstrom einstellen
zu können, ist die Spannung abgleichbar.
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Regler.
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Die für 4,8 kHz und 20 Hz-Betrieb umschaltbaren Zeitkonstanten bestimmen
die Anstiegs zeiten bzw. die Einschwingzeit des Reglers, und unter Berücksichtigung
des umschaltbaren Filter hauptsächlich das Verhalten des Regelkreises (Einschwingen,
Einschwingverhalten usw.). Die Anstiegszeiten der Reglerausgangsspannung außerhalb
des Regelbereichs betragen für 4,8 kHz 1,7 msek./Volt und für 20 Hz 58 msek./Volt.
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Wegen der kurzen Meßzeiten sollte der Einschwingvorgang sehr schnell
sein. Dies hat allerdings zur Folge, daß bei einer Induktivität als Prüfling durch
das schnelle Einschwingen ein Gleichanteil des Meßstromes auftritt, der im kritischen
Fall die Strombegrenzungsschaltung zum Ansprechen bringen kann.
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Wegen Welligkeiten wird das Meßsignal in der Amplitude moduliert,
d.h. schlechte Auflösung bei kleinen Meßspannungen.
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Das bedeutet kurze Einschwingzeiten und kleiner Ra wegen der Meßzeiten,
lange Einschwingzeiten und großer Ra wegen den Messungen von Induktivitäten und
der Auflösung bei kleinen Meßspannungsamplituden.
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Einflußmöglichkeiten a) IF der Leuchtdiode ist nicht beeinflußbar,
aber Ra! b) Schwellenspannung nicht beeinflußbar, c) Vorspannung ist beeinflußbar,
aber der Tempgang von D40 - 42 und der LED (H11) muß berücksichtigt werden (Sicherheitsabstand).
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D.h. der Ausgangswiderstand sollte für kleine Meß-(Regler) Spannungen
hochohmig und für große Ausgangsspannungen wegen den Meßzeiten niederohmig sein.
Gelöst wurde das Problem mit Hilfe eines nichtlinearen spannungsabhängigen Dioden-Widerstands-Netzwerkes,
d.h. für kleine Meßspannung beträgt Ra 1,1 kQ für große > 200 kR (s. Änderungen
des Reglerausgangswiderstandes) Nach einer Messung muß während der Erholzeit die
Meßspannung abgeregelt werden, d.h. der Regler muß auf seinen Ausgangszustand (URegel
( -0,5V) innerhalb von 2,5 msek. zurückgehen. Hierzu wird S8 geschlossen und über
einen Widerstand werden die Kondensatoren C13/C14 umgeladen. D40-42 begrenzen den
Ausgangsspannungshub nach unten (Einschwingzeit, Temperaturgang der Diode). Der
regelbare Verstärker IC5' ist als nichtinvertierender Verstärker aufgebaut, in dessen
Rückkoppelzweig als veränderlicher Widerstand der Opto-FET des Bausteins H11 eingebaut
ist. Die Strombegrenzung spricht bei einem Strom an, der dem 2-fachen Meßstrom ist.
Dieser Fall tritt ein, wenn z.B. ein p-n Übergang im Meßkreis liegt.
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Gleichrichtung beider Halbwellen Die Wechselspannung die am Prüfling
ansteht ist ein Maß für dessen Größe (ÜZ). Diese Spannung wird gleichgerichtet und
der Mittelwert gebildet. Die so erhaltene Gleichspannung wird dem A/D-Wandler 7
zugeführt. Die dem Prüfling proportionale Wechselspannung wird auf eine Polaritätsweiche
mit Einweggleichrichtung 3 gegeben. Dies ist notwendig, weil beide Halbwellen ausgewertet
werden müssen. Denn man möchte auch eine Aussage über ein Bauteil haben, das parallel
zu einer Halbleiterstrecke ist.
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Die Trennung beider Halbwellen wir über einen Operationsverstärker
mit zwei Gegenkopplungspfaden realisiert. In den GegenkopFlungsstrecken befindet
sich jeweils eine Diode in Serie zum Gegenkopplungswiderstand. Diese Dioden bestimmen,
welche Halbwelle über welchen Gegenkopplungspfad ausgeregelt wird. Vor den Dioden
werden die Halbwellen abgenommen und den Filtern zugeführt. Die Drift der Schwellenspannung
der Dioden wirkt sich nicht aus, weil der Operationsverstärker diese ausregelt.
Die Mittelwertbildung wird mit einem aktiven Filter zweiter Ordnung realisiert.
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Messung Wenn die Wartezeit (siehe Messverzögerung) abgelaufen ist,
wird Reset an einem Flip-Flop (IC1) weggenommen, so daß der nächste Clock-Puls (positve
Flanke) den Q-Ausgang auf eine logische 0 setzt. Mit der 0 am Q-Ausgang werden wiederum
zwei Zähler freigegeben (über Reset-Eingang). Der eine Zähler (IC4) zählt ein Fenster
aus, der Zählerstand entspricht der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung.
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Das Fenster wird durch eine UND-Verknüpfung vom NS-û und NS-i erzeugt.
Während der Zeit wo das Fenster offen (logische 1) ist, gelangt der Takt zum Zähler
(IC4). Bei f = 4,8 me ss kHz beträgt die Taktfrequenz 864 kHz und bei f = 20 Hz
mes 5 ist fTakt = 3,6 kHz. Dies ergibt eine Auflösung von 20. Es werden vier Fenster
ausgezählt und das Mittel davon gebildet.
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Halbleiterauswertung (Fig. 5) Mit Hilfe dieses Schaltungsteils bekommt
man eine Aussage über: -Dioden -antiparallele Dioden -reine Induktivitäten parallel
zu einer Diode -Richtung der Diode Diode steht beispielhaft für pn-Übergang.
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Für die Diodenerkennung benötigt man 2 Flip Flops, weil zwei verschiedene
Einbaurichtungen möglich sind. Das eine Flip Flop wird gesetzt bei "Diode", Polarität
"positiv".
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Das andere Flip Flop wird gesetzt bei "Diode", Polarität "negativ".
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Die Clock-Pulse für die Flip Flops kommen von den Komparatoren, die
für die Überstromerkennung zuständig sind. Da bei Kondensatoren mit parallelen Dioden
zwei aufeinanderfolgende Strompulse in unterschiedlicher Richtung auftreten, wird
der D-Eingang des einen Flip Flops mit dem Ausgang von NS-u und der D-Eingang des
anderen Flip Flops mit dem invertierten Ausgang vom NS-u (NS-ü) verbunden. Dadurch
ist sichergestellt, daß während einer Halbwelle nur ein Flip Flop auf 1 gesetzt
werden kann. Ohne die Verknüpfung mit NS-u und NS-û würde bei Kondensatoren mit
parallelen Dioden, "antiparallele Diode" erkannt werden (beide Flip Flops gesetzt).
Der D-Eingang von dem Flip Flop das für Polarität "negativ" zuständig ist, wird
mit dem NS-u verknüpft. Denn Polarität "negativ" bedeutet, die negative Halbwelle
kann ausgemessen werden (Diode sperrt) und bei der positiven Halbwelle ist die Diode
leitend. Und somit wird das Flip Flop bei der positiven Halbwelle angesprochen,
und dazu muß der D-Eingang "1" sein, damit der Q-Ausgang des Flip Flops auch "1"
wird. Bei positiver Halbwelle ist das Ausgangssignal vom NS-u "1".
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Demzufolge muß der D-Eingang von dem Flip Flop, das für Polarität
"positiv" zuständig ist, mit NS-u verbunden werden. Die beiden Flip Flop-Ausgänge
werden mit einem ODER-Gatter verknüpft. Der Ausgang dieser Verknüpfung gibt darüber
Auskunft, ob eine Diode als Prüfling oder als Teil eines Prüflings vorhanden ist.
Eine Aussage über antiparallele Dioden bekommt man, in dem die beiden Flip Flop-Ausgänge
mit einem UND-Gatter verknüpft werden. Die Information
über die
Richtung der Diode bekommt man, wenn der Ausgang eine' Flip Flops dazu herangezogen
wird.
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Es wurde festgelegt: Richtung positiv" e t Diese Information wird
nicht direkt herausgegeben, sondern mit Induktivität parallel Diode verknüpft. Wenn
keine Induktivität parallel zur Diode geschaltet ist'dann gilt die Information über
die Richtung einer Diode (falls eine vorhanden ist), die von der eben beschriebenen
Dioden-Erkennung ermittelt wurde. Wenn ein Induktivität parallel zu einer Diode
geschaltet ist, dann wird die Richtungsinformation der Dioden-Erkennung abgeschaltet
und es gilt die Richtung, die von der Induktivität parallel zur Diode-Erkennung
ermittelt wird.
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Induktivität parallel zu Diode: Bei reiner Induktivität parallel zu
einem pn-Übergang bekommt man einen Gleichanteil des Stromes von ca. 2 . 1 . Dadurch,
daß durch die me ss Diode eine Halbwelle begrenzt wird (C 200 mV ), entsteht ein
Gleichanteil bei der Spannung. Dies bewirkt einen Gleichanteil des Stroms durch
die Spule, der sich auf ca. 2 . l mess einpendelt, weil bei ca. 2 . lmess die Strombegrezung
einme ss geschaltet wird. Wenn der Gleichanteil des Stroms durch die Spule diesen
Wert erreicht hat, wird die Strombegrenzung nicht mehr ausgeschaltet und es kann
kein Betrag des Widerstandes gemessen werden (uj 200 mV). Bei einer reinen Spule
baut sich der Gleichanteil langsam ab. Wenn nun der Strom durch die Spule 2 . lmess
wird, kann die Strombenie ss grenzung abschalten (bei der Halbwelle, wo die Diode
sperrt).
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Dadurch entsteht aber wieder ein Gleichanteil bei der Spannung und
somit steigt der Gleichanteil des Stroms ebenfalls wieder an. Von der Ausgangsspannung
des I/U-Wandlers wird der Mittelwert
gebildet. Bei der Spannung,
die ca. 2 . Ai entnie ss spricht, schaltet einer der beiden Komparatoren. Ein Komparator
schaltet bei der positiven Auslenkung, er andere bei der negativen Auslenkung. Die
Ausgänge der Komparatoren werden über eine ODER-Verknüpfung miteinander verbunden.
Der Ausgang dieser Verknüpfung sagt aus, ob eine Induktivität parallel zu einer
Diode vorhanden ist oder nicht. Für die Information über die Polarität wird ein
Ausgang eines Komparators verwendet und mit der Polarität von der Dioden-Erkennung
verknüpft. (Polarität ^ Richtung).