In quali scenari è importante misurare il microampere?

Con la situazione di trovare un nuovo multimetro, mi sono trovato perso per il numero di dispositivi disponibili sul mercato. Di sicuro, per trovare il dispositivo più adatto devo impostare alcuni requisiti. Confrontandoli, sono arrivato al punto seguente e quindi alla mia domanda:

La maggior parte dei dispositivi professionali ha solo una gamma di ampere con una risoluzione di 0,001 A (1mA), mentre i dispositivi semi / hobby hanno gamme per milliampere e persino micro-ampere. Ho visto le recensioni dei dispositivi su YouTube, in cui il presentatore si è lamentato della mancanza della gamma di micro-ampere. Mentre un'altra persona su YouTube ha detto al pubblico che la gamma dei milliampere è sufficiente. Quindi, ecco la mia domanda agli esperti:

Che tipo di scenari richiedono una misurazione di micro-ampere?

Ad esempio: guardando una scheda tecnica un gate AND ha "corrente di dispersione in ingresso" e fornisce corrente nel range di micro-ampere, ma quando è necessario misurare questa piccola corrente?

Grazie per tutte le risposte utili.

Uno dei prodotti con cui ho lavorato e progettato era un telefono intelligente; pensa a un microcontrollore che funziona come se fosse un telefono pubblico.

Questi dovevano operare su un normale circuito telefonico, con un'alimentazione garantita di 20 mA (ma non garantito per essere superiore); in condizioni di aggancio , all'unità era consentito solo qualche microamplificatore di corrente di dispersione, poiché altrimenti l'ufficio centrale avrebbe rilevato un errore di linea.

In risposta al commento sulla perdita; a causa del duro ambiente (all'esterno in ambienti molto caldi, molto freddi e con elevata umidità) le schede all'interno dell'alloggiamento del telefono pubblico erano rivestite in modo conforme e utilizzavano connettori sigillati con umidità.

Queste unità necessitavano chiaramente di essere testate poiché la differenza tra l'assorbimento di corrente con ricevitore sganciato e sganciato è un ordine di grandezza diverso, quindi confermare che alcuni microamplificatori con gancio erano abbastanza importanti.

Un'altra applicazione è in nuovi, davvero microcontrollori a basso consumo (parte tipica legata) dove vorrei confermare l'assorbimento di corrente attuale nelle varie modalità di funzionamento e alcune di queste modalità sono nella gamma microampere (o meno).

Molte possibili applicazioni, questa è solo una coppia.

Molti dispositivi a batteria devono essere ottimizzati per il consumo energetico e sono frequentemente coinvolte correnti µA (a volte anche nA).

Per fare un esempio, considera i telecomandi wireless. Potrebbero avere solo una batteria da 3 V, 200 mAh. Se vuoi che questo telecomando funzioni 10 anni senza la necessità di cambiare la batteria, sono solo 20 mAh / anno. O 0,054 mAh / giorno o 0,0022 mAh / ora. Annulliamo le ore ed è uno scarico inattivo continuo più di 2µA timido. Molti micro e RTC contemporanei sono molto meglio di questo, ma è necessario misurare la corsa di produzione per verificare che il dispositivo funzioni come previsto.

Diresti "la durata della batteria non dipende dal numero di operazioni del telecomando" - beh, potrebbe, ma il consumo inattivo potrebbe essere più significativo. Il trasmettitore wireless e l'MCU all'interno del telecomando possono consumare 10 mA per un breve periodo quando vengono utilizzati. Di 'meno di un secondo. Quindi sono 10 mA ma per un periodo molto breve, quindi l'energia consumata dalla batteria è piuttosto minima. Al contrario, solo lo scarico inattivo di 2µA per un'intera giornata richiede più di 16 volte più energia .

Innanzitutto, la tua ipotesi che i multimetri professionali non abbiano una scala di microampere è sbagliata. Un Fluke 287, ad esempio, misurerà felicemente i microamplificatori. Il Fluke 116 ha solo una scala microamplificata per le misurazioni di corrente.

Molti multimetri professionali sono progettati per casi d'uso specifici. Il suddetto Fluke 116 è destinato ai sistemi HVAC, dove (apparentemente) le uniche correnti che devono misurare provengono dai sensori di fiamma. Un modello di fascia alta come il 287 può fare tutto. Ne ho usato uno per misurare le correnti di riferimento nell'intervallo 0-20 uA quando stavo lavorando allo sviluppo del processo di memoria flash. Per i sistemi alimentati a batteria, i microamplificatori sono importanti. Ma per la maggior parte dei casi d'uso, non hai bisogno della bilancia per microampere, quindi non paghi un extra per uno.

Quando sviluppi dispositivi a bassa potenza, vale la pena salvare ogni nanoAmpere. Ad esempio, quando si utilizza una batteria a bottone CR2032 si dispone di circa 200 mAh di capacità. Una volta ho sviluppato un dispositivo alimentato da una di quelle batterie e ho dovuto controllare che il microcontrollore passasse in modalità sospensione (0,6uA) per la maggior parte del tempo. Inoltre, dovevo verificare che, quando attivo, il consumo corrente fosse compreso nell'intervallo di 10uA. Inoltre, ho dovuto verificare che la somma di ogni componente nel PCB (nella loro modalità a bassa potenza) corrispondesse alla somma della corrente di riposo dichiarata dai loro fogli dati.

In sintesi, se si desidera ottenere il massimo dalla propria fonte di alimentazione e assicurarsi di gestire il proprio hardware / software, è necessario misurare le prestazioni a basso consumo dei componenti e di solito questa frequenza è indicata in uA o nA.

Aggiungerò una svolta alle risposte alla tua domanda. Tensione di carico , alias carico di tensione .

Il carico di tensione di un intervallo di corrente di un DMM è la tensione che viene fatta cadere attraverso il DMM durante l'esecuzione della misurazione. È espresso come V / A o mV / mA o unità simili. Si noti che queste unità sono equivalenti a ohm ed è il modo standard per esprimere la resistenza interna che il DMM presenta ai circuiti in quella gamma specifica.

In alcune applicazioni non è così importante sapere che il tuo DMM è in grado di misurare nell'intervallo uA, ma che è in grado di farlo con un carico di tensione sufficientemente basso .

Ciò è estremamente importante nelle applicazioni a bassa potenza o a micropotenza, dove microampere di corrente vengono prelevate da binari di alimentazione a bassa tensione.

In effetti immagina un DMM con una portata di 600uA con un carico di 100 uV / uA (come il mio Fluke 87V): se misuri 100uA prelevati da una guida da 10 V, devi solo introdurre una caduta di 10 mV nella guida, il che è trascurabile. Tuttavia, se si misura la stessa corrente su una linea che trasporta un segnale da 100mV, è stato modificato quel segnale del 10% e ciò potrebbe anche far smettere di funzionare il circuito.

Visto da un altro POV, non è solo la gamma attuale che conta per eseguire una misurazione in un'applicazione a bassa corrente, ma anche l'impedenza del circuito in cui si intende inserire l'amperometro. Se l'amperometro ha una resistenza interna (carico ad alta tensione) troppo elevata, altererà in modo significativo la misurazione o persino il funzionamento del circuito in prova.

Quindi, quando si sceglie un DMM e si esaminano le sue specifiche attuali, è necessario tenere conto anche del carico di tensione come parametro.

Spesso quando si esegue la caratterizzazione e la modellizzazione di dispositivi a semiconduttore, le correnti di dispersione (che sono fondamentali per la creazione di un modello utile e preciso) rientrano nella gamma dei micro-ampere. Tipicamente queste misurazioni verrebbero eseguite con un'unità di misura di precisione della sorgente (abbreviata in SMU). Tali misurazioni sono anche comunemente utilizzate nello sviluppo tecnologico per valutare le prestazioni fondamentali di un determinato processo a semiconduttore.

Quando si utilizza un microscopio elettronico, è spesso desiderabile conoscere la corrente del fascio alla risoluzione di alcuni picoamp. Le correnti di fascio sono piccole perché l'obiettivo di un microscopio elettronico è focalizzare un fascio di elettroni stretto (e quindi a bassa corrente) sul campione, in modo da far interagire il fascio con caratteristiche di piccole dimensioni.

Ciò si ottiene collegando un amperometro tra uno stadio di campionamento isolato elettricamente e la massa del microscopio. Un simile amperometro deve, ovviamente, essere in grado di misurare la gamma di correnti utilizzate dallo strumento.

Questo è più un caso di nicchia di quello che probabilmente ti interessa, ma per completezza: gli esperimenti di fisica ad alta tensione spesso coinvolgono correnti nel campo di microamp o nanoamp, ad esempio molte provette fotomoltiplicatrici hanno correnti di saturazione nell'intervallo 1-10 uA, con curve di risposta simili (da questo manuale di informazioni di Hamamatsu):

Generalmente questi vengono letti da amplificatori ad alta impedenza per ottenere una tensione utile (~ 1-10 V) proporzionale alla corrente, ma potrei immaginare casi in cui vuoi capire quali dei tuoi PMT sono rotti e vuoi solo collegare un multimetro e agita la mano sul tubo per bloccare la luce e vedere la caduta attuale.

Allo stesso modo, ovunque si tenti di mantenere un bias di alta tensione (pochi kV) su qualcosa (ad es. Un elettrodo nel vuoto) si avrà una corrente di dispersione che deve essere fornita per mantenere costante la tensione, questo è di solito nella gamma da microamp a nanoamp anche. Anche in questo caso è improbabile che tu sia in grado di misurare in sicurezza con un DMM portatile.

I dispositivi "pro"?

Penso che da "pro" siano in realtà i contatori "elettricisti". Quando qualcuno sta lavorando a un cablaggio di casa a 120 V o sta lavorando su un'auto, di solito si tratta di ampere, o talvolta di mA. I microamplificatori sono importanti nell'elettronica, ma non tanto nel lavoro "elettrico" professionale.

Ma per ingegneri e scienziati (eh i veri professionisti), le bilance per microampere sono incredibilmente importanti. Lo stesso vale per gli hobbisti o chiunque lavori con circuiti a transistor. Vedi tutti gli esempi nelle risposte qui. Correnti di base a transistor, fotorilevatori, amplificatori operazionali e qualsiasi cosa coinvolga resistori oltre 10.000 ohm, ecc ...