В каких сценариях важно измерять микроампер?

Одним из продуктов, над которыми я работал и для которых я разрабатывал, был умный таксофон; подумайте о микроконтроллере, который работает так, как если бы это был телефон-автомат.

Они должны были работать на обычном телефонном шлейфе с гарантированным источником питания 20 мА (но не обязательно выше); в состоянии «трубка положена » устройство допускало ток утечки всего в несколько микроампер, поскольку в противном случае центральный офис обнаружил бы неисправность линии.

В ответ на комментарий об утечке; из-за суровых условий (на улице очень жарко, очень холодно и с высокой влажностью) платы внутри корпуса таксофона имели конформное покрытие и использовали влагонепроницаемые разъемы.

Эти устройства явно нуждались в тестировании, поскольку разница между потребляемым током при положенной трубке и при снятой трубке различается на порядок, поэтому было очень важно подтвердить всего несколько микроампер при положенной трубке.

Другое применение — новые, действительно маломощные микроконтроллеры (типичная часть связана), где я хотел бы подтвердить фактическое потребление тока в различных режимах работы, и некоторые из этих режимов находятся в диапазоне микроампер (или меньше).

Много возможных приложений, это только пара.

Многие устройства с батарейным питанием нуждаются в оптимизации энергопотребления, и часто используются токи в мкА (иногда даже нА).

В качестве примера рассмотрим беспроводные пульты. У них может быть только батарея 3 В , 200 мАч . Если вы хотите, чтобы этот пульт работал 10 лет без замены батареи, это всего 20 мАч в год. Или 0,054 мАч/день, или 0,0022 мАч/час. Мы отменяем часы, и это застенчивый более чем 2 мкА непрерывный холостой сток. Многие современные микроконтроллеры и часы реального времени намного лучше этого, но вам необходимо измерить производственный цикл, чтобы убедиться, что устройство работает должным образом.

Вы скажете: «Разве срок службы батареи не зависит от количества операций пульта дистанционного управления» — ну, может, но потребление в режиме простоя может быть более значительным. Беспроводной передатчик и MCU внутри пульта дистанционного управления могут кратковременно потреблять 10 мА при работе. Скажем меньше секунды. Так что это 10 мА, но в течение очень короткого периода времени, поэтому энергия, потребляемая от батареи, минимальна. В отличие от этого, простое потребление всего 2 мкА в течение всего дня требует более чем в 16 раз больше энергии .

Во-первых, ваше предположение о том, что профессиональные мультиметры не имеют микроамперной шкалы, неверно. Например, Fluke 287 с удовольствием измерит микроампер. Fluke 116 имеет только микроамперную шкалу для измерения тока.

Многие профессиональные мультиметры предназначены для конкретных случаев использования. Вышеупомянутый Fluke 116 предназначен для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, где (очевидно) им необходимо измерять только токи от датчиков пламени. Модель высокого класса, такая как 287, может все. Я использовал один для измерения эталонных токов в диапазоне 0-20 мкА, когда работал над разработкой процесса флэш-памяти. Для систем с батарейным питанием важны микроамперы. Но в большинстве случаев вам не нужна шкала микроампер, поэтому вы не платите за нее дополнительно.

При разработке маломощных устройств стоит сэкономить каждый наноампер. Например, при использовании батарейки-таблетки CR2032 у вас есть емкость около 200 мАч. Однажды я разработал устройство, работающее от одной из таких батарей, и мне пришлось проверять, что микроконтроллер большую часть времени уходит в спящий режим (0,6 мкА). Мне также нужно было проверить, чтобы при работе потребляемый ток был в пределах 10 мкА. Кроме того, я должен был проверить, чтобы сумма всех компонентов на печатной плате (в их режиме пониженного энергопотребления) соответствовала сумме токов покоя, указанных в их спецификациях.

Таким образом, если вы хотите получить максимальную отдачу от вашего источника питания и быть уверенным, что вы работаете со своим аппаратным/программным обеспечением, вам необходимо измерить производительность ваших компонентов с низким энергопотреблением, и обычно этот показатель указывается в мкА или нА.

Я добавлю твист к ответам на ваш вопрос. Напряжение бремени , также известное как бремя напряжения .

Нагрузка по напряжению диапазона тока цифрового мультиметра представляет собой падение напряжения на цифровом мультиметре во время выполнения измерения. Он выражается в В/А или мВ/мА или в аналогичных единицах. Обратите внимание, что эти единицы эквивалентны омам и являются стандартным способом выражения внутреннего сопротивления, которое цифровой мультиметр представляет для цепей в этом конкретном диапазоне.

В некоторых приложениях не так важно знать, что ваш цифровой мультиметр способен измерять в диапазоне мкА, но он способен делать это при достаточно низкой нагрузке по напряжению .

Это чрезвычайно важно в маломощных или микромощных приложениях, где ток в микроамперах потребляется от низковольтных шин питания.

На самом деле представьте цифровой мультиметр с диапазоном 600 мкА и нагрузкой 100 мкВ/мкА (например, мой Fluke 87V): если вы измерите 100 мкА, потребляемые от шины 10 В, вы просто введете падение на шине 10 мВ, что незначительно. Однако, если вы измерите тот же ток в линии, по которой передается сигнал 100 мВ, то вы изменили этот сигнал на 10%, и это также может привести к тому, что ваша схема перестанет работать.

Если смотреть с другой точки зрения, то для выполнения измерений в слаботочных приложениях важен не только диапазон тока, но и импеданс цепи, в которую вы собираетесь вставить амперметр. Если амперметр имеет слишком высокое внутреннее сопротивление (высокое напряжение), это значительно изменит измерение или даже работу тестируемой цепи.

Поэтому при выборе цифрового мультиметра и изучении его текущих характеристик вы также должны учитывать нагрузку по напряжению как параметр.

Часто при характеристике и моделировании полупроводниковых устройств токи утечки (которые имеют решающее значение для создания полезной и точной модели) находятся в диапазоне микроампер. Обычно эти измерения выполняются с помощью прецизионного источника-измерителя (сокращенно SMU). Такие измерения также широко используются при разработке технологий для оценки основных характеристик данного полупроводникового процесса.

При работе с электронным микроскопом часто желательно знать ток пучка с разрешением в несколько пикоампер. Токи пучка малы, потому что цель электронного микроскопа состоит в том, чтобы сфокусировать узкий (и, следовательно, слаботочный) пучок электронов на образце, чтобы пучок взаимодействовал с небольшими элементами.

Это достигается подключением амперметра между электрически изолированным предметным столиком и заземлением микроскопа. Такой амперметр, конечно, должен уметь измерять в диапазоне токов, используемых прибором.

Это скорее частный случай, чем вас, вероятно, интересует, но для полноты картины: в экспериментах по физике высоких напряжений часто используются токи в диапазоне микроампер или наноампер, например, многие фотоумножители имеют токи насыщения в диапазоне 1-10 мкА, с такими кривыми отклика (из этого информационного справочника Hamamatsu):

Как правило, они считываются усилителями с высоким импедансом, чтобы получить полезное напряжение (~ 1-10 В), пропорциональное току, но я могу представить случаи, когда вы хотите выяснить, какой из ваших ФЭУ неисправен, и просто хотите подключить мультиметр и помашите рукой над трубкой, чтобы заблокировать свет, и посмотрите, как падает ток.

Точно так же везде, где вы пытаетесь поддерживать смещение высокого напряжения (несколько кВ) на чем-либо (например, на электроде в вакууме), у вас будет ток утечки, который должен подаваться для поддержания постоянного напряжения, обычно в диапазоне от микроампер до наноампер. также. Опять же, это то, что вы вряд ли сможете безопасно измерить с помощью портативного цифрового мультиметра.

«Про» устройства?

Я думаю, что под "профи" они на самом деле счетчики "электрика". Когда кто-то работает с домашней проводкой 120 В или работает с автомобилем, обычно он имеет дело с амперами, а иногда и с мА. Микроамперы важны в электронике, но не столько в профессиональной «электрической» работе.

Но для инженеров и ученых (хе-хе, настоящих профи) шкалы микроамперметров невероятно важны. То же самое верно для любителей или любого, кто работает с транзисторными схемами. Смотрите все примеры в ответах здесь. Базовые токи транзисторов, фотодетекторы, операционные усилители и все, что связано с резисторами более 10 000 Ом и т. д.