W jakich scenariuszach ważny jest pomiar mikroamperów?

Gdy znalazłem nowy multimetr, zgubiłem się w liczbie dostępnych urządzeń na rynku. Na pewno, aby znaleźć najbardziej odpowiednie urządzenie, muszę ustalić pewne wymagania. Porównując je, doszedłem do następującego punktu i przez to do mojego pytania:

Większość profesjonalnych urządzeń ma tylko zakres amperów o rozdzielczości 0,001 A (1 mA), podczas gdy urządzenia semi / hobby mają zakresy dla miliamperów, a nawet mikroamperów. Widziałem recenzje urządzeń na YouTube, gdzie prezenter skarżył się na brakujący zakres mikroamperów. Podczas gdy inna osoba na YouTube powiedziała widowni, że zasięg w miliamperach jest wystarczający. Oto moje pytanie do ekspertów:

Jakie scenariusze wymagają pomiaru mikroamperów?

Na przykład: patrząc na arkusz danych bramka AND ma „wejściowy prąd upływowy” i prąd zasilający w zakresie mikroamperów, ale kiedy trzeba zmierzyć ten niewielki prąd?

Dziękuję za wszystkie pomocne odpowiedzi.

Jednym z szeregu produktów, z którymi pracowałem i dla których zaprojektowałem, był inteligentny automat telefoniczny; pomyśl mikrokontroler, który działa jak automat telefoniczny.

Musiały one działać w zwykłej pętli telefonicznej z gwarantowanym zasilaniem 20 mA (ale nie może być wyższe); w stanie odłożenia na urządzenie dozwolone było tylko kilka mikroamperów prądu upływu, ponieważ w przeciwnym razie centrala wykryłaby awarię linii.

W odpowiedzi na komentarz dotyczący wycieku; ze względu na trudne warunki (na zewnątrz w bardzo gorącym, bardzo zimnym i wysokiej wilgotności) płytki w obudowie automatu telefonicznego zostały odpowiednio pokryte i zastosowane uszczelnione przed wilgocią złącza.

Jednostki te wyraźnie musiały zostać przetestowane, ponieważ różnica między pobieraniem prądu podczas podnoszenia i odłączania jest o rząd wielkości różna, więc potwierdzenie tylko kilku mikroamperów przy zawieszeniu było dość ważne.

Innym zastosowaniem są nowe mikrokontrolery o naprawdę niskiej mocy (typowa część połączona), w których chciałbym potwierdzić rzeczywisty pobór prądu w różnych trybach pracy, a niektóre z tych trybów znajdują się w zakresie mikroamperów (lub mniej).

Wiele możliwych zastosowań, to tylko kilka.

Wiele urządzeń zasilanych bateryjnie musi zoptymalizować zużycie energii, a często występują w nich prądy µA (czasem nawet nA).

Aby dać przykład, rozważ bezprzewodowe piloty. Mogą mieć tylko baterię 3 V, 200 mAh. Jeśli chcesz, aby ten pilot działał 10 lat bez konieczności wymiany baterii, to tylko 20 mAh / rok. Lub 0,054 mAh / dzień lub 0,0022 mAh / godzinę. Anulujemy godziny i jest to nieśmiały ponad 2µA ciągły bezczynny drenaż. Wiele współczesnych mikr i RTC jest o wiele lepszych, ale musisz zmierzyć przebieg produkcji, aby sprawdzić, czy urządzenie działa zgodnie z przeznaczeniem.

Powiedziałbyś, że „żywotność baterii nie zależy od liczby operacji pilota” - no może, ale zużycie jałowe może być bardziej znaczące. Nadajnik bezprzewodowy i MCU w pilocie mogą pobierać 10 mA przez krótki czas, gdy są obsługiwane. Powiedz mniej niż sekundę. To 10 mA, ale przez bardzo krótki czas, więc energia pobierana z akumulatora jest dość minimalna. W przeciwieństwie do tego tylko bezczynny odpływ 2µA na cały dzień wymaga ponad 16 razy więcej energii .

Po pierwsze, twoje założenie, że profesjonalne multimetry nie mają skali mikroampera, jest błędne. Na przykład Fluke 287 z przyjemnością mierzy mikroampery. Fluke 116 ma jedynie skalę mikroamp do pomiaru prądu.

Wiele profesjonalnych multimetrów zaprojektowano z myślą o konkretnych przypadkach użytkowania. Wspomniany Fluke 116 jest skierowany do systemów HVAC, w których (najwyraźniej) jedyne prądy, które muszą zmierzyć, pochodzą z czujników płomienia. Model wysokiej klasy, taki jak 287, może zrobić wszystko. Użyłem jednego z nich do pomiaru prądów odniesienia w zakresie 0-20 uA, kiedy pracowałem nad rozwojem procesu pamięci flash. W systemach zasilanych bateryjnie ważne są mikroampery. Ale w większości przypadków nie potrzebujesz skali mikroampera, więc nie płacisz za nią więcej.

Kiedy opracowujesz urządzenia o niskiej mocy, każdy nanoAmpere jest warty uratowania. Na przykład przy użyciu baterii monet CR2032 masz około 200 mAh pojemności. Kiedyś opracowałem urządzenie zasilane jedną z tych baterii i musiałem sprawdzić, czy mikrokontroler przeważnie przechodzi w tryb uśpienia (0,6uA). Musiałem także sprawdzić, czy przy aktywnym poborze prądu było w zakresie 10uA. Ponadto musiałem sprawdzić, czy suma każdego elementu na płytce drukowanej (w trybie niskiej mocy) odpowiada sumie prądu spoczynkowego podanego w ich arkuszach danych.

Podsumowując, jeśli chcesz w pełni wykorzystać swoje źródło zasilania i mieć pewność, że pracujesz ze sprzętem / oprogramowaniem, musisz zmierzyć wydajność swoich komponentów przy niskim zużyciu energii, i zwykle ta szybkość jest podawana w uA lub nA.

Dodam zwrot do odpowiedzi na twoje pytanie. Napięcie obciążenia , inaczej obciążenie napięciem .

Obciążenie napięciowe zakresu prądu DMM to napięcie spadające na DMM podczas wykonywania pomiaru. Jest wyrażany jako V / A lub mV / mA lub podobne jednostki. Należy zauważyć, że jednostki te są równoważne omom i są standardowym sposobem wyrażania wewnętrznej rezystancji, którą DMM przedstawia obwodom w tym określonym zakresie.

W niektórych zastosowaniach nie jest tak ważne, aby wiedzieć, że Twój DMM jest w stanie mierzyć w zakresie uA, ale może to robić przy wystarczająco niskim obciążeniu napięciowym .

Jest to niezmiernie ważne w aplikacjach o małej mocy lub mikroprocesorach, w których mikroampery prądu pobierane są z szyn zasilających niskiego napięcia.

W rzeczywistości wyobraź sobie DMM o zakresie 600uA z obciążeniem 100 uV / uA (tak jak mój Fluke 87V): jeśli mierzysz 100uA pobierany z szyny 10V, po prostu wprowadzasz spadek szyny 10mV, co jest nieistotne. Jeśli jednak zmierzysz ten sam prąd na linii, która przenosi sygnał 100 mV, to zmieniłeś ten sygnał o 10%, co może również spowodować, że Twój obwód przestanie działać.

Patrząc z innego POV, nie tylko zakres prądu ma znaczenie przy wykonywaniu pomiaru w aplikacji niskoprądowej, ale także impedancja obwodu, w którym zamierzasz wstawić amperomierz. Jeżeli amperomierz ma zbyt wysoką rezystancję wewnętrzną (wysokie napięcie), znacząco zmieni pomiar, a nawet działanie badanego obwodu.

Wybierając DMM i sprawdzając jego aktualne parametry, należy również wziąć pod uwagę obciążenie napięciem jako parametr.

Często podczas przeprowadzania charakteryzacji i modelowania urządzeń półprzewodnikowych prądy upływowe (które są niezbędne do stworzenia użytecznego i dokładnego modelu) mieszczą się w zakresie mikroamperów. Zazwyczaj pomiary te byłyby wykonywane za pomocą Precision Source-Measure Unit (w skrócie SMU). Takie pomiary są również powszechnie stosowane w rozwoju technologii do oceny podstawowej wydajności danego procesu półprzewodnikowego.

Podczas pracy pod mikroskopem elektronowym często pożądane jest poznanie prądu wiązki do rozdzielczości kilku pikoamp. Prądy wiązki są małe, ponieważ celem mikroskopu elektronowego jest zogniskowanie wąskiej (a tym samym niskiego prądu) wiązki elektronów na próbce, aby wiązka oddziaływała z małymi cechami.

Odbywa się to poprzez podłączenie amperomierza między elektrycznie izolowanym stopniem próbki a uziemieniem mikroskopu. Taki amperomierz musi oczywiście być w stanie mierzyć w zakresie prądów wykorzystywanych przez przyrząd.

Jest to bardziej niszowy przypadek, niż prawdopodobnie jesteś zainteresowany, ale dla kompletności: eksperymenty fizyki wysokich napięć często obejmują prądy w zakresie mikroamperów lub nanoamperów, na przykład wiele fotopowielaczy ma prądy nasycenia w zakresie 1-10 uA, z takimi krzywymi odpowiedzi (z tego podręcznika Hamamatsu):

Zasadniczo są one odczytywane przez wzmacniacze o wysokiej impedancji, aby uzyskać użyteczne napięcie (~ 1-10 V) proporcjonalne do prądu, ale mogę sobie wyobrazić przypadki, w których chcesz dowiedzieć się, który z twoich PMT jest uszkodzony i po prostu chcesz podłączyć multimetr i machaj ręką nad rurką, aby zablokować światło i zobaczyć spadek prądu.

Podobnie, wszędzie tam, gdzie próbujesz utrzymać napięcie (kilka kV) wysokiego napięcia na czymś (np. Elektroda w próżni), będziesz mieć prąd upływowy, który należy dostarczyć, aby utrzymać stabilne napięcie, zwykle jest to zakres od mikroampera do nanoampera także. Znowu jest to coś, czego prawdopodobnie nie będziesz w stanie bezpiecznie zmierzyć za pomocą ręcznego DMM.

Urządzenia „pro”?

Myślę, że przez „pro” to tak naprawdę miernik „elektryka”. Kiedy ktoś pracuje nad domowym okablowaniem 120 V lub pracuje nad samochodem, zwykle ma do czynienia z amperami, a czasem mA. Mikroampery są ważne w elektronice, ale nie tak bardzo w profesjonalnej pracy „elektrycznej”.

Ale dla inżynierów i naukowców (heh, prawdziwi profesjonaliści), skale mierników mikroamp są niezwykle ważne. To samo dotyczy hobbystów lub każdego, kto pracuje z obwodami tranzystorowymi. Zobacz wszystkie przykłady w odpowiedziach tutaj. Prąd bazowy tranzystora, fotodetektory, wzmacniacze operacyjne i wszystko, co obejmuje rezystory powyżej 10 000 omów itp.