Какие бывают приборы для измерения электрического тока. Как выбрать подходящий прибор для измерения слабых токов. Какие факторы влияют на точность измерений малых токов. Как минимизировать ошибки при измерении слабых токов.
Виды приборов для измерения тока
Для измерения электрического тока используются различные типы приборов, выбор которых зависит от диапазона измеряемых токов и требуемой точности:
- Цифровые мультиметры (DMM) — универсальные приборы для измерения тока, напряжения и сопротивления. Самые чувствительные модели позволяют измерять токи до 10 пА.
- Амперметры — специализированные приборы для измерения силы тока. Бывают аналоговые и цифровые.
- Пикоамперметры — высокочувствительные амперметры для измерения сверхмалых токов в диапазоне пикоампер.
- Электрометры — приборы с высоким входным сопротивлением для измерения очень малых токов и напряжений.
- Источники-измерители (SMU) — комбинированные приборы, сочетающие функции источника тока/напряжения и измерителя.
Особенности измерения слабых токов
При измерении малых токов (менее 1 мкА) возникают специфические проблемы, связанные с влиянием различных шумов и помех на результат измерений:
- Шум Джонсона-Найквиста — тепловой шум, зависящий от температуры и сопротивления источника сигнала.
- Трибоэлектрический эффект — возникновение паразитных токов при деформации измерительных кабелей.
- Пьезоэлектрический эффект — генерация заряда в диэлектриках при механических воздействиях.
- Токи утечки через изоляторы из-за загрязнений и влаги.
- Наводки от электромагнитных полей.
Методы повышения точности измерений малых токов
Для минимизации погрешностей при измерении слабых токов применяются следующие приемы:
- Использование малошумящих коаксиальных кабелей с графитовым покрытием.
- Минимизация длины измерительных проводов.
- Виброизоляция измерительной установки.
- Применение изоляторов с низкими пьезоэлектрическими свойствами.
- Тщательная очистка изоляторов от загрязнений.
- Экранирование от электромагнитных помех.
- Компенсация входных токов смещения прибора.
Выбор прибора для измерения слабых токов
При выборе измерительного прибора для работы с малыми токами следует учитывать следующие характеристики:
- Диапазон измеряемых токов
- Входной ток смещения
- Уровень собственных шумов
- Входное сопротивление
- Скорость измерений
- Наличие функций компенсации смещения и усреднения
Для большинства лабораторных измерений оптимальным выбором является электрометр или специализированный пикоамперметр. Для автоматизированных измерительных систем удобно использовать источники-измерители (SMU).
Применение измерений слабых токов
Измерения малых токов широко применяются в следующих областях:
- Исследования полупроводниковых приборов
- Разработка наноэлектронных устройств
- Изучение свойств новых материалов
- Анализ фотоэлектрических преобразователей
- Контроль качества изоляционных материалов
- Измерения в биологии и медицине
Измерение характеристик полевых транзисторов
Одним из важных применений прецизионных измерений тока является определение характеристик полупроводниковых приборов, в частности полевых транзисторов (FET). Для этого используется следующая методика:
- Транзистор монтируется в специальном тестовом приспособлении.
- К затвору прикладывается развертка напряжения VGS.
- На сток подается развертка напряжения VDS.
- Измеряется ток стока ID в зависимости от VGS и VDS.
- Строятся выходные и передаточные характеристики транзистора.
Для проведения таких измерений удобно использовать двухканальный источник-измеритель, например Keithley 2600B. Это позволяет автоматизировать процесс снятия характеристик и достичь высокой точности измерений токов вплоть до 10 нА.
Измерения в области нанотехнологий
Развитие нанотехнологий требует измерения сверхмалых токов при исследовании свойств наноструктур. Например, для определения электрических характеристик углеродных нанотрубок применяются следующие методы:
- Измерение вольт-амперных характеристик отдельных нанотрубок
- Определение плотности тока в слоях из нанотрубок
- Исследование эмиссионных свойств нанотрубок
- Изучение фотоэлектрических эффектов в наноструктурах
Для таких измерений используются высокочувствительные электрометры, например Keithley 6517B, позволяющие измерять токи до единиц фемтоампер. Это дает возможность исследовать электрические свойства единичных молекул и атомов.
Приборы измерения тока в категории «Контрольно-измерительные приборы»
Мультиметр DT 830 LN, Электронный тестер, Цифровой мультиметр, Прибор для измерения тока, Измеритель! Мега
Доставка из г. Львов
311.60 грн
449 грн
Купить
Мультиметр DT 830 L, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор, Цифровой мультиметр! Мега
Доставка из г. Львов
265.70 грн
383 грн
Купить
Мультиметр DT 830 LN, Электронный тестер, Цифровой мультиметр, Прибор для измерения тока, Измеритель! Мега
Доставка из г. Львов
312.30 грн
450 грн
Купить
Multimeter 830 LN, Мультиметр цифровой, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор! Мега цена
Доставка из г. Львов
315.80 грн
455 грн
Купить
Multimeter 830 LN, Мультиметр цифровой, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор, хороший
Доставка из г. Львов
329.80 грн
469 грн
Купить
Мультиметр DT 830 L, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор, Цифровой мультиметр, хороший
Доставка из г.
Львов
277.70 грн
395 грн
Купить
Мультиметр DT 830 LN, Электронный тестер, Цифровой мультиметр, Прибор для измерения тока, Измеритель, хороший
Доставка из г. Львов
326.30 грн
464 грн
Купить
Multimeter 830 LN, Мультиметр цифровой, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор, хороший
Доставка из г. Львов
328.40 грн
467 грн
Купить
Мультиметр DT 830 L, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор, Цифровой мультиметр, хороший
Доставка из г. Львов
275.60 грн
392 грн
Купить
Multimeter 830 LN, Мультиметр цифровой, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор! лучший
Доставка из г. Львов
342.80 грн
494 грн
Купить
Мультиметр DT 830 L, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор, Цифровой мультиметр! лучший
Доставка из г. Львов
287.40 грн
414 грн
Купить
Мультиметр DT 830 LN, Электронный тестер, Цифровой мультиметр, Прибор для измерения тока, Измеритель! лучший
Доставка из г.
Львов
341.40 грн
492 грн
Купить
Multimeter 830 LN, Мультиметр цифровой, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор! лучший
Доставка из г. Львов
342.10 грн
493 грн
Купить
Александров В.С., Прянишников В.А. Приборы для измерения малых напряжений и токов.
Доставка по Украине
316 грн
Купить
Multimeter 830 LN, Мультиметр цифровой, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор! Мега цена
Доставка из г. Львов
314.40 грн
453 грн
Купить
Смотрите также
Multimeter 830 LN, Мультиметр цифровой, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор! Sales
Доставка из г. Львов
352.80 грн
504 грн
Купить
Мультиметр DT 830 L, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор, Цифровой мультиметр! Sales
Доставка из г. Львов
295.40 грн
422 грн
Купить
Мультиметр DT 830 LN, Электронный тестер, Цифровой мультиметр, Прибор для измерения тока, Измеритель! Sales
Доставка из г.
Львов
351.40 грн
502 грн
Купить
Multimeter 830 LN, Мультиметр цифровой, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор! Sales
Доставка из г. Львов
352.10 грн
503 грн
Купить
Multimeter 830 LN, Мультиметр цифровой, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор! TOP
Доставка из г. Львов
347.80 грн
499 грн
Купить
Мультиметр DT 830 L, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор, Цифровой мультиметр! TOP
Доставка из г. Львов
291.40 грн
418 грн
Купить
Мультиметр DT 830 LN, Электронный тестер, Цифровой мультиметр, Прибор для измерения тока, Измеритель! TOP
Доставка из г. Львов
346.40 грн
497 грн
Купить
Multimeter 830 LN, Мультиметр цифровой, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор! TOP
Доставка из г. Львов
347.10 грн
498 грн
Купить
Multimeter 830 LN, Мультиметр цифровой, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор, жми
Доставка из г.
Львов
347.76 грн
498.96 грн
Купить
Мультиметр DT 830 L, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор, Цифровой мультиметр, жми
Доставка из г. Львов
291.18 грн
417.78 грн
Купить
Multimeter 830 LN, Мультиметр цифровой, Тестер, Прибор для измерения тока, Токоизмерительный прибор, жми
Доставка из г. Львов
347.07 грн
497.97 грн
Купить
Мультиметр DT 830 LN, Электронный тестер, Цифровой мультиметр, Прибор для измерения тока, Измеритель, жми
Доставка из г. Львов
343.62 грн
493.02 грн
Купить
Мультиметр DT 830 LN, Электронный тестер, Цифровой мультиметр, Прибор для измерения тока, Измеритель, хороший
Доставка из г. Львов
325.60 грн
463 грн
Купить
Мультиметр DT 830 LN, Электронный тестер, Цифровой мультиметр, Прибор для измерения тока, Измеритель! лучший
Доставка из г. Львов
338.60 грн
488 грн
Купить
Приборы для измерения переменного тока, напряжения и частоты
Приборы для измерения переменного тока, напряжения и частоты- Главная
- Каталог
- Измерительные приборы
- Цифровые приборы, приборы ПКЭ
- Приборы для измерения переменного тока, напряжения и частоты
Найти товар
Амперметры и вольтметры переменного тока ЩП120П
Амперметры и вольтметры переменного тока ЩП96П
Амперметры и вольтметры переменного тока ЩП72П
Амперметры и вольтметры переменного тока ЩП02П
Амперметры и вольтметры переменного тока ЩП120
Амперметры и вольтметры переменного тока ЩП96
Амперметры и вольтметры переменного тока ЩП72
Амперметры и вольтметры переменного тока ЩП02
Амперметры и вольтметры переменного тока ЩП00П
Амперметры и вольтметры переменного тока ЩП01П
Амперметры и вольтметры переменного тока ЩП02.
01ПАмперметры, вольтметры и частотомеры переменного тока ЩК96
Амперметры, вольтметры и частотомеры переменного тока ЩК120
Частотомеры ЩЧ120
Частотомеры ЩЧ96
Частотомеры ЩЧ72
Частотомеры ЩЧ02
Частотомеры ЩЧ00П
Частотомеры ЩЧ01П
Частотомеры ЩЧ02.
01П
Оптимизация слаботочных измерений и приборов
Определение характеристик устройств при слабом токе требует знаний, навыков и подходящего испытательного оборудования. Даже со всеми тремя, достижение точности при низких уровнях тока может быть проблемой, потому что уровень тока часто находится на уровне или ниже уровня шума испытательной установки. Для обеспечения успеха при измерении малых токов важно знать тип используемого контрольно-измерительного оборудования, различные источники ошибок измерения и соответствующие методы для минимизации этих ошибок. Изучение нескольких тестовых примеров, таких как характеристика полевого транзистора (FET) и углеродной нанотрубки, может помочь в процессе обучения.
Насколько низкий? Термин слаботочный, конечно, относительный. Уровень тока, который считается низким для одного приложения, например, 1 мА, может быть высоким для устройства, работающего при 10 нА.
Как правило, уровень шума прибора определяет его чувствительность низкого уровня, а слаботочные измерения относятся к измерениям, близким к уровню шума прибора. Тенденции в области портативных и удаленных электронных устройств, наряду с достижениями в области полупроводников и нанотехнологий, требуют более широкого использования слаботочных измерений. Устройства с малой геометрией, фотогальванические устройства и углеродные нанотрубки — вот несколько примеров устройств, предназначенных для работы при чрезвычайно низких уровнях тока, и все эти устройства должны быть охарактеризованы с точки зрения их вольт-амперных характеристик (ВАХ).
Доступен ряд приборов для слаботочных измерений, в зависимости от типа тестируемого устройства (DUT) и уровня измеряемого тока. Возможно, самым распространенным инструментом на производственных линиях и в полевых условиях является цифровой мультиметр (DMM), который обычно обеспечивает возможность измерения силы тока, напряжения, сопротивления и температуры.
Ассортимент коммерческих продуктов широк: от недорогих устройств с разрешением считывания 3,5 разряда до стоечных и настольных высокоточных лабораторных устройств. Самые чувствительные из имеющихся цифровых мультиметров могут измерять уровни тока до 10 пА.
Когда требуется большая точность, для измерения тока доступны различные формы амперметров, начиная от простых устройств, которые измеряют протекание тока через катушку путем отклонения этой катушки в магнитном поле, до более новых цифровых амперметров, в которых используется аналоговый цифровой преобразователь (АЦП) для измерения напряжения на шунтирующем резисторе, а затем определения и отображения тока на основе этого показания. Шунтирующий резистор обычно имеет низкое значение, чтобы свести к минимуму падение напряжения на нем. Это напряжение часто называют нагрузкой по напряжению, поскольку оно может влиять на низкоуровневые измерения. Амперметры, которые также могут быть реализованы с использованием резистора обратной связи, называются пикоамперметрами, если они разработаны специально для слаботочных измерений.
Пикоамперметры доступны в различных конфигурациях, включая быстродействующие модели и логарифмические единицы, способные отображать широкий диапазон тока.
Простой амперметр с обратной связью можно смоделировать с помощью небольшого числа параметров ( Рисунок 1 ), включая сопротивление источника (R S ) и емкость источника (C S ), напряжение источника (V S ) и напряжение шума (В ШУМ ) амперметра. Дополнительными параметрами являются сопротивление обратной связи (R F ) и емкость обратной связи (C F ) амперметра. Используя эту модель и ее параметры, шумовой коэффициент усиления схемы амперметра можно найти из
Выход В ШУМ = Вход В ШУМ (1 + R F /R S )
Рисунок 1. На этой диаграмме показана простая модель амперметра с обратной связью для измерения малых уровней тока.
По мере уменьшения значения сопротивления источника выходной шум увеличивается.
Когда R F = R S , входной шум умножается на коэффициент 2. Слишком низкое сопротивление источника может отрицательно сказаться на шумовых характеристиках измерительной системы. Оптимальное сопротивление источника является функцией требуемого диапазона измерений для амперметра с минимальным значением 1 МОм для измерения наноампер тока по сравнению с минимальным значением 1 ГОм для измерения пикоампер тока. Емкость источника также может влиять на шумовые характеристики слаботочных измерительных приборов.
Емкость истока ИУ может влиять на шумовые характеристики амперметра с обратной связью. Как правило, с увеличением емкости истока увеличивается и шумовое усиление. Изменение уравнения для шума выходного напряжения путем замены импеданса обратной связи (Z F ) на сопротивление обратной связи (R F ) и импеданса источника (Z S ) на сопротивление источника (R S ) дает:
Выход В ШУМ = Вход В ШУМ (1 + Z F /Z S )
Полное сопротивление обратной связи можно найти из его отношения к сопротивлению и емкости обратной связи, как
, а полное сопротивление источника можно найти из его отношения к сопротивлению и емкости источника, как
По мере увеличения емкости источника (C S ), значение импеданса источника (Z S ) уменьшается с соответствующим увеличением усиления шума.
Дополнительные средства измерения тока включают электрометры и источники-измерители (SMU). Электрометр — это, по сути, вольтметр с высоким входным сопротивлением (1 ТОм и выше), который можно использовать для измерения низких уровней тока. Его можно использовать как амперметр для измерения низких уровней тока даже при низком напряжении, а также как вольтметр для измерения напряжения с минимальным воздействием на измеряемую цепь. В качестве амперметра электрометр может измерять токи, равные входному току смещения прибора, в некоторых случаях до 1 фА. В качестве вольтметра электрометр может измерять напряжение на конденсаторе без существенной разрядки устройства, а также может измерять потенциал пьезоэлектрических кристаллов и высокоимпедансных рН-электродов.
SMU ( рис. 2 ) представляет собой инновацию для измерения слаботочных величин. Он сочетает в себе прецизионные источники тока и напряжения с чувствительной схемой обнаружения для измерения тока и напряжения.
SMU может одновременно обеспечивать источник тока и измерять напряжение или обеспечивать источник напряжения и измерять ток. Хорошо оборудованный SMU может включать в себя источник напряжения, источник тока, амперметр, вольтметр и омметр, а также может быть запрограммирован для использования в системах автоматического испытательного оборудования (ATE).
Рис. 2. Источник-измеритель (SMU) объединяет источники тока и напряжения со схемой обнаружения для измерения тока и напряжения.
Минимизация шума
Все эти измерительные приборы являются эффективными инструментами для измерения тока, хотя их чувствительность к низким уровням тока будет ограничиваться главным образом источниками шума, как внутри, так и снаружи испытательного прибора. ИУ также играет роль в уровне тока, который может быть обнаружен данным прибором, поскольку сопротивление источника ИУ (R 
Шум Джонсона, который может быть выражен либо через ток, либо через напряжение, представляет собой шум напряжения устройства, деленный на сопротивление устройства:
, где k = постоянная Больцмана (1,38 × 10 -23 Дж/К),
T = абсолютная температура источника (в °K),
B = ширина полосы шума (в Гц) и
R S = сопротивление источника (в омах)
На шум тока Джонсона влияют как температура, так и ширина полосы шума. Уменьшение любого параметра также уменьшит шум тока Джонсона. Криогенное охлаждение, например, часто используется для снижения шума в усилителях и других схемах, но увеличивает стоимость и сложность. Полоса шума может быть уменьшена путем фильтрации, но это приведет к замедлению скорости измерения. Шум тока Джонсона также уменьшается по мере уменьшения сопротивления источника ИУ, но это не всегда практично или даже возможно (9).0011 Рисунок 3
).Рис. 3. Шум тока Джонсона зависит от многих факторов, включая сопротивление источника ИУ.
В идеальном случае ток, измеренный для ИУ, должен быть током известного источника тока. Однако токовый шум исходит от нескольких нежелательных источников, и именно эти дополнительные токи могут затруднить считывание низких уровней тока от желаемого источника тока. Один из этих нежелательных источников является частью самой измерительной системы: используемые коаксиальные кабели. для соединения измерительных приборов друг с другом или с ИУ. Типичные испытательные кабели могут генерировать ток силой до десятков наноампер в результате трибоэлектрического эффекта. Это происходит, когда внешний экран коаксиального испытательного кабеля трется об изоляцию кабеля, когда кабель изгибается. В результате электроны удаляются из изоляции и добавляются к общему току. В некоторых приложениях, таких как исследования в области нанотехнологий и полупроводников, ток, генерируемый этим эффектом, может превышать уровень тока, измеряемый ИУ.
Трибоэлектрический эффект можно минимизировать, используя малошумящий кабель с внутренним изолятором из полиэтилена с графитовым покрытием под внешним экраном.
Графит уменьшает трение и обеспечивает путь для смещенных электронов, чтобы вернуться в исходное положение, устраняя случайное движение электронов и их вклад в дополнительный уровень шума. Избыточный ток из-за трибоэлектрического эффекта также можно свести к минимуму, максимально уменьшив длину испытательных кабелей. Испытательная установка должна быть изолирована от вибрации, чтобы свести к минимуму нежелательное движение испытательных кабелей, путем размещения испытательных кабелей поверх вибропоглощающего материала, такого как пенорезина. Движение испытательного кабеля также можно свести к минимуму, прикрепив его лентой к устойчивой поверхности, например к испытательному стенду.
Пьезоэлектрический эффект является еще одним источником погрешности измерения слаботочных измерений, токов, возникающих в результате механического воздействия на чувствительные материалы. Эффект зависит от материала, хотя некоторые материалы, обычно используемые в электронных системах, такие как диэлектрики из политетрафторэтилена (ПТФЭ), могут производить относительно большой ток при заданной нагрузке и вибрации.
Керамические материалы менее подвержены пьезоэлектрическим эффектам и производят более низкие уровни тока. Чтобы свести к минимуму ток, создаваемый этим эффектом, крайне важно свести к минимуму механическую нагрузку на изоляторы и сконструировать любую слаботочную испытательную систему с использованием изоляционных материалов с минимальными пьезоэлектрическими свойствами.
Изоляторы также могут ухудшить точность измерения слабого тока из-за диэлектрической абсорбции. Это явление возникает, когда достаточно высокое напряжение на изоляторе вызывает поляризацию положительных и отрицательных зарядов. Когда напряжение снимается с изолятора, оно отдает разделенные заряды в виде затухающего тока, который добавляется к общему количеству, измеренному во время испытания. Время затухания тока от диэлектрической абсорбции до рассеивания может составлять от минут до часов. Эффект можно свести к минимуму, применяя только низковольтные уровни к изоляторам, используемым для слаботочных измерений.
Изоляторы также могут способствовать снижению точности измерения слабого тока из-за загрязнения солью, влагой, маслом или даже отпечатками пальцев на поверхности изолятора. Эффекты загрязнения также могут влиять на печатные платы в испытательном приспособлении или в испытательной установке. когда, например, при пайке используется избыточный флюс. На изоляторе загрязнение образует слаботочный аккумулятор в чувствительном узле тока внутри изолятора, генерируя шумовые токи, которые могут быть порядка наноампер или на уровне шумовых токов, вызванных трибоэлектрическим эффектом. Чтобы свести к минимуму ошибки измерения из-за загрязнения изолятора, оператор должен носить перчатки при работе с изоляторами или просто не прикасаться к ним. Использование припоя должно быть сведено к минимуму, а места пайки должны быть очищены соответствующим растворителем, например изопропиловым спиртом. Чистый ватный тампон следует использовать для каждой очистки, а ватные тампоны нельзя использовать повторно или погружать в чистящий раствор после того, как они были использованы для очистки.
Крайне важно проводить измерения слабого тока в отсутствие магнитных полей, поскольку такие поля могут индуцировать протекание тока. Магнитное поле с изменяющейся во времени интенсивностью может вызвать протекание тока в близлежащих проводниках, как и движение проводника в магнитном поле. Оба случая следует избегать, чтобы поддерживать точность измерений малых токов, и любой измерительный прибор или система должны быть должным образом экранированы от магнитных полей, чтобы избежать ложных показаний.
Прибор, используемый для слаботочных измерений, должен показывать нулевое значение, когда его входные клеммы остаются в состоянии разомкнутой цепи. К сожалению, это случается редко из-за небольшого тока, известного как входной ток смещения. Это вызвано токами смещения активных устройств, используемых в измерительном приборе, а также токами утечки через изоляторы в приборе или испытательной системе. Большинство производителей приборов указывают входной ток смещения в спецификациях своей продукции для целей сравнения, и это небольшое значение тока необходимо учитывать при любом измерении слабого тока.
Из-за входного тока смещения любой ток, измеренный испытательным прибором (I M ) фактически является суммой тока от источника (I S ) и тока смещения (I OFFSET ): входной ток смещения можно определить, заглушив входной разъем и выбрав самый низкий диапазон тока, доступный на измерительном приборе. Показания, показанные прибором, после того, как он должным образом установится на стабильное значение, должны быть в пределах спецификации, указанной в паспорте прибора. На некоторых приборах функция подавления тока может частично обнулить входной ток смещения.
Другой способ вычесть входной ток смещения из измерения слабого тока состоит в использовании относительной функции, имеющейся в некоторых измерительных приборах, таких как амперметры. Относительная функция сохраняет показание любого измеряемого остаточного тока смещения, когда входные клеммы остаются в состоянии разомкнутой цепи; это показание считается нулевой точкой для последующих показаний.
Некоторые примеры практических слаботочных измерений включают определение характеристик полевых транзисторов (FET) и устройств на основе углеродных нанотрубок (CNT). Более распространенный тест FET включает оценку характеристик устройства с общим истоком. Даже при низких уровнях тока ток стока можно изучить с помощью простой тестовой установки с двумя каналами SMU (9).0011 Рисунок 4 ). В этом примере использовался двухканальный прибор серии 2600B System SourceMeter от Keithley Instruments (www.keithley.com), поскольку эти приборы обеспечивают возможность получения тока или напряжения и измерения тока или напряжения на в то же время. Для определения характеристик полевого транзистора его монтируют в тестовом приспособлении, которое обеспечивает надежное заземление и соединение смещения. Один из каналов SMU подает свипируемое напряжение затвор-исток (V GS ) на фиксированный полевой транзистор, в то время как другой подает свипируемое напряжение сток-исток (V DS ) к тестируемому устройству, одновременно измеряя ток стока устройства (I D ).
Эта простая тестовая установка позволяет тестировать токи стока до 10 нА.
Рис. 4. Два канала SMU можно использовать для оценки качающихся ВАХ полевых транзисторов и других полупроводниковых устройств.
Электронные материалы, такие как фотогальванические пластины и листы УНТ, обычно характеризуются плотностью тока, сколько тока они могут генерировать на данной площади материала. Исследователи из Сеульского национального университета Южной Кореи, например, использовали электрометр Keithley Model 6517B для оценки устройств с многостенными углеродными нанотрубками (МУНТ), изготовленных на подложке из УНТ с дуговым разрядом. В исследованиях плотность тока составляла всего 10 -4 /см 2 измеряли при приложенных электрических полях 5В/мкм и менее. Практический анализ ВАХ электроники на основе УНТ может быть выполнен аналогично тому, как это делается для полевых транзисторов, с использованием пары SMU для измерения напряжений стока и затвора при измерении и построении графика зависимости тока стока от напряжения затвора.
Требуемое разрешение и точность измерений слабого тока определяют тип используемого измерительного прибора. Когда точность не имеет большого значения, может быть достаточно базового цифрового мультиметра. Но для более строгих требований может потребоваться прецизионный электрометр или SMU. Например, SMU моделей 2635B и 2636B оптимизированы для слаботочных измерений, обеспечивая разрешение измерений до 1 фА.
Найдите более ценные ресурсы на TEK.COM
Copyright © Tektronix. Все права защищены. Продукция Tektronix защищена патентами США и других стран, как выданными, так и заявленными. Информация в этой публикации заменяет информацию во всех ранее опубликованных материалах. Привилегии изменения спецификации и цены защищены. TEKTRONIX и TEK являются зарегистрированными товарными знаками Tektronix, Inc. Все остальные упомянутые торговые названия являются знаками обслуживания, товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками соответствующих компаний.
№ 3110 24.
01.11
Что такое приборы для измерения переменного тока
Опубликовано автором Weschler Instruments
В публикации прошлого месяца были рассмотрены популярные методы измерения переменного тока (шунт, трансформатор тока, датчик Холла, пояс Роговского). Здесь мы рассмотрим некоторые приборы, доступные для стационарных, портативных, локальных и удаленных измерений переменного тока.
Стационарные приложения обычно включают счетчик, установленный на панели или в корпусе. Чувствительный элемент тока может быть размещен внутри счетчика или установлен снаружи. Автономные цифровые амперметры обычно используют внутренний шунт и реагируют либо на среднее, либо на среднеквадратичное значение. Многие из них предназначены для работы на частоте 50/60 Гц с прямым измерением до 2 ампер. Более высокие токи требуют внешнего трансформатора тока (см.
ниже). Доступны модели с более широкой полосой пропускания. Например, 3½-разрядный счетчик Simpson F35 (слева) имеет полосу пропускания 50–1 кГц. 4-значный APM Trumeter (в центре) имеет полосу пропускания до 400 Гц. 5½-разрядный измеритель Laurel Laureate (справа) с полосой пропускания 10 Гц–10 кГц подходит для высокоточных измерений звука и искаженных сигналов. Аналоговые амперметры переменного тока
Аналоговые амперметры переменного тока используют либо натянутую ленту для измерения среднеквадратичного значения, либо схему выпрямителя для среднего отклика с калибровкой среднеквадратичного значения. Некоторые модели могут выдерживать до 30 ампер с помощью внутреннего резистора. Для более высоких токов трансформаторные амперметры калибруются для использования с внешним трансформатором тока.
Трехфазные счетчики электроэнергии и электроэнергии измеряют переменный ток для расчета кВт, ВА и кВтч. Эти счетчики обычно имеют небольшой внутренний трансформатор тока на каждой фазе для изоляции токовых входов от измерительных цепей счетчика.
Некоторые из них включают возможность регистрации данных, сохраняя периодические показания во внутренней памяти.
Трансформаторы тока переменного тока
Трансформаторы тока приборного класса доступны с широким диапазоном значений тока и мощности (ВА). Типичный выходной ток составляет 1 А или 5 А переменного тока на полную шкалу с точностью, указанной для 50/60 Гц. Доступны как модели со сплошным сердечником, так и с разъемным сердечником, причем последний популярен при модернизации. Для трансформаторов тока требуется счетчик с входом переменного тока. Некоторые модели включают внутренний шунтирующий резистор для преобразования выходного сигнала в переменное напряжение низкого уровня, которое затем измеряется вольтметром переменного тока. Хотя эти модели могут выглядеть идентично выходным устройствам с усилителем, измеритель может быть расположен дальше от трансформатора тока без ухудшения точности. Резистор также устраняет опасность поражения электрическим током от разомкнутой вторичной обмотки.
См. другие публикации в блогах для получения информации о размерах и выборе CT.
Преобразователи переменного тока
Цифровой мультиметр
Наиболее популярным является цифровой мультиметр. Многие портативные цифровые мультиметры включают функцию усилителя переменного тока. Внутри этих счетчиков используется метод измерения шунта с диапазонами от миллиампер до 2 или 20 ампер. Полоса пропускания 45-500 Гц является типичной. Модели TRMS, как правило, имеют несколько большую полосу пропускания для захвата гармоник сигналов линейной частоты. Разрешение варьируется от 3½ до 5½ цифр. Для более высоких токов или во избежание разрыва цепи при установке счетчика с цифровым мультиметром можно использовать дополнительный зажим. Одним из примеров является Fluke I400 (слева), измеряющий ток до 400 А. Единым решением являются цифровые токоизмерительные клещи. Типичные токоизмерительные клещи имеют встроенные клещи, которые функционируют как трансформатор тока с разъемным сердечником. Токоизмерительные клещи с номиналом до 3000 А, такие как AEMC 603 (справа), доступны от нескольких производителей. Некоторые модели также предлагают измерения токоизмерительными клещами с чувствительностью в микроамперах.
Поскольку некоторые токоизмерительные клещи также измеряют напряжение постоянного и переменного тока, постоянное напряжение и сопротивление, они часто могут заменить цифровой мультиметр в наборе инструментов для обслуживания. Несколько токоизмерительных клещей, таких как Extech 380942 (слева), используют метод Холла для повышения чувствительности с уменьшенным размером губок. AEMC MR416 (справа) — пробник переменного тока для использования с цифровым мультиметром или осциллографом. Он использует метод Холла для обеспечения полосы пропускания 30 кГц. Еще одним аксессуаром, который можно использовать с мультиметром, панельным измерителем или регистратором данных, является AEMC 24-3001. Это гибкая пояс Роговского с модулем формирования сигнала, который обеспечивает выход переменного тока в милливольтах, пропорциональный переменному току. Портативные осциллографы, измерители мощности, измерители энергии, регистраторы данных и другие приборы, способные измерять переменный ток, также используют внешний накладной ТТ или зонд Роговского для каждого входного канала тока.
В 4-канальном регистраторе данных AEMC AL834 (внизу) используются четыре гибких входных датчика с поясом Роговского. Дистанционные измерения Преобразователи переменного тока обеспечивают удобный способ отправки масштабированного и изолированного аналогового сигнала на счетчик, контроллер или другой прибор, расположенный вдали от измеряемой цепи. Другой метод удаленного измерения переменного тока — использование амперметра переменного тока с аналоговым выходом, такого как Weschler BG241 (слева) или Laurel L40 (справа). Измеритель обеспечивает локальное считывание и отправляет пропорциональный сигнал постоянного тока (обычно 4–20 мА) на другое устройство для удаленного отображения, записи или дальнейшей обработки.
Цифровая связь может использоваться для отправки данных измерений непосредственно на компьютер или в сеть. Компьютер может быть расположен близко к контрольной точке или удаленно. Интеллектуальные цифровые панельные измерители и портативные приборы часто имеют возможность связи.
