Kaynak Ölçüm Üniteleri (SMU'lar), yarı iletkenlerin karmaşık davranışlarını karakterize etmek için geliştirilmiş çok yönlü cihazlardır. Bir SMU'nun temel özellikleri arasında 4 kadranlı çalışma, hassas ölçüm ve kaynak kullanımı ve yüksek hız yer alır. Bu özellikler SMU'ları bir dizi diğer test ve ölçüm ekipmanına benzetmekle birlikte anlamlı şekillerde farklı kılmaktadır. Bu blog, SMU'lar ile diğer 5 cihaz sınıfı arasındaki bazı benzerlik ve farklılıkları incelemektedir.
Açıklama: Bu blogda kadranlardan bahsederken, x ekseninde voltaj ve y ekseninde akım bulunan I-V düzlemine atıfta bulunuyoruz. Bu endüstri standardı diyagramın I'den IV'e kadar olan kadranları bir cihazın nasıl çalıştığını tanımlar.
SMU ve Güç Kaynağı
SMU'lar en yaygın olarak temel güç kaynakları ile karşılaştırılır. Güç kaynakları 1 şey yapmak için tasarlanmıştır: çıkış gücü. Bunu voltaj sağlayarak ve akımın akmasına izin vererek yaparlar. Bir voltaj sınırına ulaştıklarında, akım kaynaklarına dönüşürler.
Güç kaynakları tipik olarak yalnızca pozitif voltaj ve pozitif akım çıkışı verir, bu nedenle yukarıdaki diyagramımızın yalnızca I. çeyreğinde çalışırlar. Ayrıca ölçüm aletleri de değildirler; çıkış voltajını ve akımını izlemek için bir geri okuma özelliğine sahip olsalar da, okumalar genellikle birkaç basamaklı ve büyük bir ölçüm hatasına sahiptir. Bir güç kaynağı kullanırken ölçüm için başka bir alete sahip olmanız beklenir.
Buna karşılık SMU'lar daha hızlı, daha hassas, daha az güç çıkışlı, voltaj veya akım kaynağı olabilir ve 1 yerine 4 kadranda çalışabilir. SMU'lar yarı iletkenleri test etmek için geliştirildiğinden, dinamik davranışa bakmak için çıkışlarını bir güç kaynağından çok daha hızlı değiştirebilirler. Hem voltaj hem de akım için hassas ölçüm kabiliyetine sahiptirler (tipik olarak 5½ veya 6½ basamaklı çözünürlük) ve bir SMU'nun voltajını ve akımını ölçmek için başka bir cihaza olan ihtiyacı ortadan kaldırırlar. Güç kaynakları gibi SMU'lar da voltaj kaynağı olabilir ancak voltaj sınırında olmak zorunda kalmadan akım kaynağı olarak da çalışabilirler. Bu, SMU'ları diyotlar ve FET'ler gibi akım kontrollü cihazlarla çalışmak için daha donanımlı hale getirir
Bir SMU'nun 4 kadranın tamamında çalışabilmesi, hem güç çekebileceği (II. ve IV. kadranlarda çalışabilir) hem de güç sağlayabileceği (I. ve III. kadranlarda çalışabilir) anlamına gelir. Bu 4 kadran yeteneği SMU'ların tanımlayıcı benzersiz bir özelliğidir ve sonraki birkaç cihaz karşılaştırması kadran farklılıklarını da ortaya koyacaktır.
SMU ve Elektronik Yük
Elektronik yükler temelde güç kaynaklarının tersidir. IV. kadranda çalışarak gücü emerler, ancak diğer tüm şekillerde güç kaynaklarıyla neredeyse aynı şekilde davranırlar. Elektronik yükler güç kaynaklarına çok benzediğinden, SMU'larla hemen hemen aynı şekilde karşılaştırılırlar. SMU'lar genellikle daha hızlı ve daha hassastır, ancak çok fazla güç tüketemezler.
Elektronik yükler güç tükettiğinden, bazen direnç bankaları ile değiştirilebilirler. Bir direnç bankası, elektronik bir yükün aksine, batırdığı güç üzerinde herhangi bir kontrole sahip değildir, ancak keyfi miktarda güç batırmak için kullanılabilir (eriyene kadar...). EA Elektro-Automatik'te olduğu gibi bazı elektronik yükler rejeneratiftir, yani harcadıkları gücü ısı olarak dağıtan geleneksel elektronik yüklerin veya direnç bankalarının aksine, harcadıkları gücü yakalayabilir ve yerel enerji şebekesine geri verebilirler. Bu rejeneratif özellik, batırılan gücün %96'ya varan verimlilikle yeniden kullanılmasını sağlar.
SMU ve Bidirectional Güç Kaynağı
Nispeten yeni bir gelişme olan çift yönlü güç kaynakları, I. ve IV. çeyreklerde çalışabilir. Eğer takip ediyorsanız, muhtemelen güç kaynakları ve elektronik yüklerin yeteneklerini birleştirdiklerini tahmin edebilirsiniz. Çift yönlü beslemeler, SMU'larla aynı karşılaştırmaları paylaşır, genellikle daha yavaştır, ancak çok daha fazla güçle çalışabilir. Pozitif voltajda güç alma ve verme özelliği, çift yönlü kaynakları bataryalar, güneş panelleri ve bir dizi başka güç kaynağıyla çalışmak için ideal hale getirir.
Birçok EA Elektro-Automatik bidirectional güç kaynağı, daha önce elektronik yüklerde tartışıldığı gibi rejeneratif yükleme yeteneğine de sahiptir, bu da batan enerjiyi ısı olarak dağıtmak yerine yakalamalarına ve yeniden kullanmalarına izin verir.
SMU ve Sinyal Jeneratörü
SMU'lar bazen Keyfi Fonksiyon Jeneratörleri (AFG'ler) veya darbe jeneratörleri gibi sinyal jeneratörleriyle karşılaştırılır. Bunun nedeni SMU'ların güç kaynaklarına kıyasla çıkışları çok hızlı değiştirebilmesidir. Böylece, küçük bir programlama ile veya SMU'nun aygıt yazılımı kullanılarak darbeler ve dalga biçimleri çıkarılabilir.
Ancak SMU'lar sinyal jeneratörlerinden daha yüksek akımlarla çalıştıkları için daha yavaştırlar. Özel sinyal jeneratörleri, tekrarlama, eğim ve daha fazlası üzerinde büyük miktarda kontrol ile çok yüksek frekanslarda çıkış verebilir. Keithley 2601B-PULSE gibi özel pulslama SMU'ları 10us kadar düşük puls genişliklerine ulaşabilir (voltaj veya akımda), ancak daha hızlı gitmenin bir sınırlaması, SMU'ların pulslarında ölçüm yapmaları beklenir, bu da yerleşme süresi alır, puls jeneratörleri ise sadece hızlı bir puls çıkışına odaklanır.
SMU ve DMM
Son olarak, kaynak bulmaya odaklanmayan bir test ve ölçüm cihazına geliyoruz. Dijital Multimetreler (DMM'ler) birçok farklı ölçüm fonksiyonu içerecek şekilde gelişmiştir (DMM6500'ün 16 fonksiyonu gibi), ancak temelde voltaj veya akım ölçerler. Çoğu DMM, küçük bir akım kaynağı kullanarak ve ortaya çıkan voltajı ölçerek direnci ölçer. Bu akım kaynağının birkaç farklı seviyesi olabilir, ancak bunlar herhangi bir ince kontrol olmaksızın cihazın içindeki donanım tarafından ayarlanır.
Teorik olarak, bir SMU voltaj ve akımı ölçtüğü için DMM ile aynı işlevlerin çoğunu yerine getirebilir. Ancak, DMM'lerin aksine çok az SMU, frekans veya kapasitans gibi şeyler için gerekli hesaplamaları kutudan çıkar çıkmaz yapabilir. Yine de basit ölçümler için bir SMU oldukça iyidir: bir SMU, 0A kaynağı ile bir voltmetreye dönüştürülebilir ve 0V kaynağı ile bir ampermetreye dönüştürülebilir. Buna ek olarak, bir SMU'nun ölçüm aralığı kaynak aralığına bağlı olduğundan, bir DMM genellikle bir SMU'dan daha yüksek voltaj ve akımları ölçebilir.
Direnç ölçümünde, bir SMU voltaj veya akım kaynağı olabilir ve diğerini ölçebilir, aynı zamanda kaynak seviyesini aralıktaki herhangi bir şeye ayarlayabilir. Bu, SMU'ları, kaynak voltajının kaynak akımından daha doğru olabileceği çok yüksek dirençleri veya daha yüksek akımlardan yararlanan çok düşük direnci ölçmek için daha donanımlı hale getirir. Keithley 6430 gibi özel SMU'lar, elektrometrelerin hassas ölçüm yeteneklerine bile yaklaşabilir veya bunları aşabilir.
Sonuç
Özetle, Kaynak Ölçüm Üniteleri (SMU'lar) diğer test ve ölçüm ekipmanlarıyla benzerlikler taşısa da, çok yönlülükleri, hassasiyetleri ve kaynak ve ölçüm işlevlerini senkronize etme yetenekleriyle kendilerini farklı kılarlar. Güç kaynakları, elektronik yükler, çift yönlü güç kaynakları, sinyal jeneratörleri ve dijital multimetrelerin (DMM'ler) aksine, SMU'lar voltaj ve akımı yüksek hassasiyetle hem kaynaklayabilir hem de ölçebilir, dört çeyrekte çalışabilir ve dinamik davranışı gözlemlemek için çıkışları hızla değiştirebilir. Bu da onları yarı iletkenleri, malzemeleri ve elektriksel parametrelerin hassas kontrolünü ve ölçümünü gerektiren bileşenleri veya sistemleri test etmek için son derece uygun hale getirir.
Sonuç olarak, bu cihazlar arasındaki seçim uygulamanın özel gereksinimlerine bağlıdır ve birçok test birden fazla cihaz gerektirir. Yüksek hassasiyet, çok yönlülük ve hem kaynak hem de ölçüm yeteneği gerektiren görevler için SMU'lar benzersiz yetenekler sunarak onları gelişmiş elektronik test ve karakterizasyonda paha biçilmez bir araç haline getirir.
Açıklama: Bu tablo, bu blogda tartışılan bazı yetenekler için göreceli performansı göstermektedir.