Ein Gleichstrom-Labornetzgerät ist eine Standardausrüstung für Test- und Messzwecke, das von Elektroingenieuren und Schaltungsentwicklern zur Stromversorgung und zum Testen ihrer Schaltungssysteme im Labor und vor Ort verwendet wird. Wofür genau dient es und wie können Sie das richtige Labornetzgerät für Ihre Anwendung finden? All das und noch mehr werden wir behandeln.
- Wofür benötigen Sie ein Labornetzgerät?
- Arten von Labornetzgeräten
- Auswahl des richtigen Labornetzgeräts
- Verwendung eines Labornetzgeräts
- Empfehlung eines Labornetzgeräts
- Kundenreferenzen beliebter Labornetzgeräte
Was ist ein Labornetzgerät?
Ein Labornetzgerät liefert Gleichspannung, um ein zu prüfendes Gerät, wie z. B. eine Leiterplatte oder ein elektronisches Produkt, mit Strom zu versorgen. Ein Tisch- oder Labornetzgerät steht in der Regel auf dem Arbeitsplatz eines Ingenieurs, daher auch die Bezeichnung „Labornetzgerät“. In diesem kurzen Video gibt einer unserer Keithley-Experten einen schnellen Überblick über ein Labornetzgeräte.
Grundlagen zu Labornetzgeräten
Wozu brauchen Sie ein Labornetzgerät?
Wenn ein Ingenieur oder ein Schaltungsentwickler ein Gerät testen muss, das üblicherweise als Prüfling (Device under Test, DUT) bezeichnet wird, muss er es mit einer bestimmten Spannung oder Stromstärke versorgen. Labornetzgeräte ermöglichen es Ingenieuren, bestimmte Spannungen für die Stromversorgung des Prüflings einzustellen und zu liefern, um zu bestätigen, dass das Gerät wie vorgesehen funktioniert. Wenn das nicht der Fall ist, können sie eine Fehlersuche durchführen und den Test wiederholen.
Labornetzgeräte kaufenArten von Labornetzgeräten
Es gibt zahlreiche Arten von Labornetzgeräten. Grob lassen sich diese Geräte in drei Kategorien einteilen: Einkanal- vs. Mehrkanalnetzgeräte, bipolare vs. unipolare und lineare vs. Schaltnetzgeräte.
Einkanalige vs. mehrkanalige Stromversorgungen
Wie der Name schon sagt, hat eine Einkanal-Stromversorgung einen Ausgang, der gesteuert werden kann, während eine Mehrkanal-Stromversorgung zwei oder mehr Ausgänge hat. Mehrkanalige Stromversorgungen werden in der Regel für die Entwicklung von Geräten mit digitalen und analogen Schaltkreisen oder bipolaren Schaltkreisen verwendet.
Bipolare vs. unipolare Stromversorgungen
Eine unipolare Stromversorgung kann nur eine positive Spannung liefern. Technisch gesehen kann ein Ingenieur die an das Labornetzgerät angeschlossenen Kabel tauschen, um eine negative Spannung zu erzeugen, aber bipolare Stromversorgungen funktionieren sowohl im positiven als auch im negativen Spannungsbereich. Bipolare Stromversorgungen können eine größere Bandbreite an Stromversorgungsanwendungen bewältigen, sind aber teurer und komplexer in der Anwendung. Daher entscheiden sich viele Ingenieure für eine unipolare Stromversorgung für Gleichstromanwendungen.
Lineare vs. schaltende Stromversorgungen
Eine lineare Stromversorgung ist in der Lage, hochpräzise Messungen mit sehr geringem Rauschen und geringen Signalstörungen zu liefern. Allerdings sind sie in der Regel schwerer, größer und liefern weniger Leistung bei geringerer Effizienz. Schaltnetzgeräte hingegen sind kompakter und liefern mehr Leistung, neigen aber zu hochfrequentem Rauschen und weniger genauen Messungen. Ein Schaltnetzgerät wird häufig verwendet, wenn die Leistungsdichte eine Rolle spielt, da Sie mit einem geringen Platzbedarf eine deutlich höhere Leistung erzielen können. Eine lineare Stromversorgu hingegen wird verwendet, wenn eine Anwendung die Versorgung empfindlicher analoger Schaltungen erfordert.
Auswahl des richtigen Labornetzgeräts
Die Wahl des richtigen Labornetzgeräts und die Entwicklung eines tieferen Verständnisses seiner Funktionen und Merkmale ermöglicht es Ingenieuren, Tests schneller durchzuführen und präzisere Messungen im Labor vorzunehmen. Es gibt eine Reihe von Faktoren, die Sie beim Kauf eines Labornetzgeräts berücksichtigen müssen, aber hier stellen wir Ihnen die Wichtigsten vor.
- Ziehen Sie eine programmierbare Stromversorgung in Betracht
- Auswahl des Labornetzgeräts mit den richtigen Leistungsgrenzen
- Ein Labornetzgerät mit Fernüberwachung der Spannung auswählen
- Ein Labornetzgerät mit der richtigen Reaktionszeit finden
Die manuelle Einstellung von Spannungswerten und Stromstärkenbegrenzungen kann bei langen oder komplexen Tests wertvolle Zeit kosten. Glücklicherweise sind die meisten Labornetzgeräte mit einer Testsequenzfunktion ausgestattet, die ein grundlegendes Maß an Programmierbarkeit ermöglicht. Mit der Testsequenzfunktion kann ein Ingenieur Spannungswerte, Stromgrenzwerte und die Zeit pro Schritt programmieren. Auf diese Weise können Sie auf einfache Weise einen komplexen Test mit mehreren vordefinierten Ausgangsspannungen und Timings durchführen, ohne die Einstellungen eines Labornetzgeräts manuell anpassen zu müssen, so dass der Bediener mehr Zeit hat, sich auf hochwertige Messungen zu konzentrieren.
Gleichstrom-Labornetzgeräte werden häufig nach ihrer maximalen Spannung und ihrem maximalen Strom kategorisiert. Dies sind unglaublich hilfreiche Informationen, wenn es darum geht, die richtige Stromversorgung zu finden, aber vergessen Sie nicht, auch die Leistungsgrenzen zu beachten.
Das 2260B-30-72 kann zum Beispiel bis zu 30 V oder 72 A liefern, hat aber eine Leistungsbegrenzung von 720 W. Das bedeutet, dass die Stromversorgung 30 V liefern kann, aber nicht gleichzeitig 72 A, da dies über die Leistungsgrenze ginge. Mit dieser Formel können die Ingenieure die erzeugte Leistung bestimmen:
In den meisten Fällen, wenn die aus dieser Gleichung berechnete Leistung niedriger ist als die Leistungsgrenze des Labornetzgeräts, sollte es normal arbeiten können.
Für eine möglichst genaue Spannungsversorgung ist es ratsam, ein Labornetzgerät zu verwenden, das mit einem Fernvoltmeter oder einer Fernmessung ausgestattet ist. Dies ermöglicht eine saubere Spannungsmessung am Prüfling statt an seinen Eingangsklemmen, indem der Spannungsabfall entlang der Messleitungen kompensiert wird. Wenn man bedenkt, dass die meisten handelsüblichen Messleitungen mit rund einem Meter einen Widerstand von ~50 mΩ (~100 mΩ für ein Paar) haben, kann es bei der Verwendung eines niederohmigen Prüflings zu einem erheblichen Spannungsabfall in den Leitungen kommen.
Wenn Sie Tests mit schnell wechselnden Spannungen oder Lasten durchführen, ist die Reaktionszeit entscheidend. Die Reaktionszeit gibt an, wie lange das Labornetzgerät braucht, um auf eine bestimmte Spannung hochzufahren (Anstiegszeit) oder herunterzufahren (Abfallzeit). Beachten Sie, dass dies oft von der Last abhängt.
Die Anstiegszeit wird als die Zeit angegeben, die Stromversorgung benötigt, um von 10 Prozent des Wertes auf 90 Prozent des Wertes zu steigen. Die Abfallzeit ist der umgekehrte Wert und gibt an, wie lange es dauert, von 90 Prozent des Wertes auf 10 Prozent zu fallen.
Die Einschwingzeit ist die Zeitspanne, die eine Stromversorgung benötigt, um nach dem Anlegen einer Last zu ihrem Sollwert zurückzukehren. Dies ist ein komplexer Parameter, der nicht eindeutig als Spezifikation angegeben werden kann. Er wird in der Regel mit einigen wenigen Parametern beschrieben: dem Spannungsstabilisierungsband, der Einschwingzeit und der sprunghaften Änderung des Laststroms. Die Labornetzgeräte der Serie 2200 von Keithley haben zum Beispiel die folgende Spezifikation für die Einschwingzeit unter Last: „<400 μs bis zu 75 mV nach einem Wechsel von 0,1 A auf 1 A“. Das bedeutet, dass das Labornetzgerät bei einer Änderung der Stromlast von 0,1 A auf 1 A (schrittweise Änderung des Laststroms) in weniger als 400 μs (die Einschwingzeit) auf 75 mV der eingestellten Spannung (Spannungsstabilisierungsband) kommt.
Verwendung eines Labornetzgeräts
Ein Labornetzgerät ist sehr einfach zu bedienen. Diese Geräte werden über Kabel mit einem Prüfling verbunden. Über das Display auf der Vorderseite können Ingenieure Spannungen oder Stromstärken für die Stromversorgung des Prüflings einstellen. Die meisten Labornetzgeräte können in zwei Modi arbeiten: konstante Spannung und konstanter Strom.
Betrieb im Konstantspannungs- (CV) und Konstantstrommodus (CC)
Eine wichtige Funktion eines Labornetzgeräts ist die Fähigkeit, im Konstantstrom- (CC) und Konstantspannungsmodus (CV) zu arbeiten. Im CV-Modus reguliert das Netzgerät die Ausgangsspannung auf der Grundlage der Benutzereinstellungen. Im CC-Modus regelt das Labornetzgerät den Strom. Eine Stromversorgung hat unterschiedliche Spezifikationen, die gelten, wenn es sich im CV- oder CC-Modus befindet, was von den Benutzereinstellungen und vom Widerstand der Last abhängt. Zu jedem Zeitpunkt wird entweder die Spannung oder der Strom von der Stromversorgung geregelt und innerhalb der Messgenauigkeit des Geräts auf dem Einstellwert gehalten.
Im CV-Modus entspricht die Ausgangsspannung innerhalb der Genauigkeitsspezifikationen des Geräts der eingestellten Spannung. Im CV-Modus entspricht die Ausgangsspannung innerhalb der Genauigkeitsspezifikationen des Geräts der eingestellten Spannung.
Im CC-Modus entspricht der Ausgangsstrom der eingestellten Stromgrenze. Die Spannung wird durch die Impedanz der Last bestimmt.
Sie können diese Werte mit Hilfe des ohmschen Gesetzes (siehe unten) bestimmen. Wenn Sie besonders gründlich sein wollen, schließen Sie die Messleitungen in Ihren Widerstand ein.
Betrieb von Stromversorgungen im Parallel- und Reihenbetrieb
Wenn Ihre Tests mehr Strom benötigen, können Sie mehrere Labornetzgeräte parallel oder in Reihe schalten, um die verfügbare Spannung oder den Strom zu erhöhen.
Reihenbetrieb: Um die Spannung zu erhöhen, schließen Sie den positiven Ausgang eines Labornetzgeräts an den negativen Ausgang eines anderen an, und verbinden Sie dann den verbleibenden positiven und negativen Ausgang mit dem Prüfling.
Parallelbetrieb: Um den Strom zu erhöhen, verbinden Sie beide positiven Ausgänge mit einem Anschluss des Prüflings und beide negativen Ausgänge mit dem anderen Anschluss des Prüflings.
Beachten Sie aber unbedingt die Bedienungsanleitung des Labornetzgeräts, wenn Sie bei der Kombination von Ausgängen die Remote-Sense-Funktion verwenden. In bestimmten Konfigurationen oder bei Verwendung von zwei verschiedenen Labornetzgeräten ist dies möglicherweise nicht möglich.
Das beste Labor- oder Spezialnetzgerät für Ihre Anwendung finden
Weitere Informationen über Labornetzgeräte finden Sie in unserem Leitfaden zur Auswahl von Labornetzgeräten oder in unserer Auswahl von DC Power Supplies. Wenn Sie Hilfe bei der Auswahl des richtigen Labornetzgeräts für Ihre Anwendung benötigen, wenden Sie sich an die Experten von Tektronix.
