In welchen Szenarien ist es wichtig, Mikroampere zu messen?

Bei der Suche nach einem neuen Multimeter habe ich die Anzahl der auf dem Markt verfügbaren Geräte unterschätzt. Um das am besten geeignete Gerät zu finden, muss ich natürlich einige Anforderungen stellen. Beim Vergleich bin ich zu folgendem Punkt und damit zu meiner Frage gekommen:

Die meisten Pro-Geräte haben nur einen Ampere-Bereich mit einer Auflösung von 0,001 A (1 mA), während Semi- / Hobby-Geräte einen Bereich für Milliampere und sogar Mikroampere haben. Ich habe auf YouTube Gerätestimmen gesehen, bei denen sich der Moderator über fehlende Mikroampere-Reichweite beschwert hat. Während eine andere Person auf YouTube dem Publikum sagte, dass Milliampere-Bereich ausreicht. Also hier meine Frage an die Experten:

Welche Szenarien erfordern die Messung von Mikroampere?

Zum Beispiel: In einem Datenblatt hat ein UND-Gatter einen "Eingangsleckstrom" und einen Versorgungsstrom im Mikroampere-Bereich, aber wann muss dieser winzige Strom gemessen werden?

Vielen Dank für alle hilfreichen Antworten.

Eines der Produkte, mit denen ich zusammengearbeitet und für die ich entworfen habe, war ein intelligentes Münztelefon. Denken Sie an einen Mikrocontroller, der wie ein Münztelefon funktioniert .

Diese mussten an einer normalen Telefonleitung mit einer garantierten 20-mA-Versorgung betrieben werden (jedoch nicht mit einer garantierten höheren Versorgung). Im aufgelegten Zustand durfte das Gerät nur wenige Mikroampere Leckstrom führen, da die Zentrale ansonsten einen Leitungsfehler feststellen würde.

In Erwiderung auf den Kommentar zur Leckage; Aufgrund der rauen Umgebung (draußen bei sehr heißer, sehr kalter und hoher Luftfeuchtigkeit) wurden die Platinen im Münztelefongehäuse konform beschichtet und mit feuchtigkeitsdichten Steckern versehen.

Diese Einheiten mussten unbedingt getestet werden, da der Unterschied zwischen der Stromaufnahme bei aufgelegtem und abgehobenem Hörer um eine Größenordnung unterschiedlich ist und es daher sehr wichtig ist, nur einige Mikroampere bei aufgelegtem Hörer zu bestätigen.

Eine andere Anwendung ist wirklich neu Mikrocontroller mit geringem Stromverbrauch (typischer Teil verbunden), bei denen ich die tatsächliche Stromaufnahme in den verschiedenen Betriebsmodi überprüfen möchte und einige dieser Modi im Mikroampere-Bereich (oder darunter) liegen.

Viele mögliche Anwendungen, dies ist nur ein paar.

Viele batteriebetriebene Geräte müssen für den Stromverbrauch optimiert werden, und es treten häufig µA-Ströme auf (manchmal sogar nA).

Betrachten Sie beispielsweise drahtlose Fernbedienungen. Sie können nur 3 V, 200 mAh haben Batterie haben. Wenn Sie möchten, dass diese Fernbedienung 10 Jahre ohne Batteriewechsel funktioniert, sind das nur 20 mAh / Jahr. Oder 0,054 mAh / Tag oder 0,0022 mAh / Stunde. Wir stornieren die Stunden und es ist ein scheuer kontinuierlicher Leerlaufabfluss von mehr als 2µA. Viele aktuelle Mikrofone und Echtzeituhren sind viel besser als diese, aber Sie müssen Ihren Produktionslauf messen, um zu überprüfen, ob das Gerät wie beabsichtigt funktioniert.

Sie würden sagen, dass die Batterielebensdauer nicht von der Anzahl der Vorgänge auf der Fernbedienung abhängt. Möglicherweise ist der Leerlaufverbrauch jedoch höher. Der Funksender und die MCU in der Fernbedienung können bei Betrieb kurzzeitig 10 mA verbrauchen. Sprich weniger als eine Sekunde. Das sind also 10 mA, aber für einen sehr kurzen Zeitraum, sodass der Energieverbrauch der Batterie sehr gering ist. Im Gegensatz dazu verbraucht nur der 2-µA-Leerlauf für einen ganzen Tag mehr als 16-mal mehr Energie .

Erstens ist Ihre Annahme, dass professionelle Multimeter keine Mikroampere-Skala haben, falsch. Ein Fluke 287 misst zum Beispiel gerne Mikroampere. Der Fluke 116 verfügt nur über eine Mikroampere-Skala für Strommessungen.

Viele professionelle Multimeter sind für bestimmte Anwendungsfälle konzipiert. Der oben erwähnte Fluke 116 zielt auf HLK-Systeme ab, bei denen (anscheinend) die einzigen Ströme, die sie messen müssen, von Flammensensoren stammen. Ein High-End-Modell wie der 287 kann alles. Ich habe einen verwendet, um Referenzströme im Bereich von 0 bis 20 uA zu messen, als ich an der Entwicklung von Flash-Speicherprozessen arbeitete. Für batteriebetriebene Systeme sind Mikroampere wichtig. Für die meisten Anwendungsfälle benötigen Sie jedoch keine Mikroampere-Skala, sodass Sie für eine keine zusätzliche Gebühr zahlen müssen.

Bei der Entwicklung von Geräten mit geringem Stromverbrauch lohnt es sich, jeden NanoAmpere zu sparen. Wenn Sie beispielsweise eine CR2032-Knopfzelle verwenden, haben Sie eine Kapazität von ca. 200 mAh. Als ich ein Gerät entwickelte, das mit einer dieser Batterien betrieben wurde, musste ich die meiste Zeit überprüfen, ob der Mikrocontroller in den Ruhemodus (0,6 uA) überging. Ich musste auch überprüfen, ob der Stromverbrauch im aktiven Zustand im Bereich von 10 uA lag. Außerdem musste ich überprüfen, ob die Summe aller Komponenten auf der Leiterplatte (im Energiesparmodus) mit der Summe des in den Datenblättern angegebenen Ruhestroms übereinstimmt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Sie die Leistung Ihrer Komponenten mit geringem Stromverbrauch messen müssen, wenn Sie das Beste aus Ihrer Stromquelle herausholen und sicher sein möchten, dass Sie mit Ihrer Hardware / Software umgehen. In der Regel wird diese Rate in uA oder nA angegeben.

Ich werde den Antworten auf Ihre Frage eine Wendung hinzufügen. Lastspannung , auch bekannt als Spannungsbelastung .

Die Spannungsbelastung eines Strombereichs eines DMM ist die Spannung, die während der Messung am DMM abfällt. Es wird als V / A oder mV / mA oder ähnliche Einheiten ausgedrückt . Beachten Sie, dass diese Einheiten Ohm entsprechen und die Standardmethode ist, um den Innenwiderstand auszudrücken, den das DMM für die Schaltkreise in diesem bestimmten Bereich darstellt.

In einigen Anwendungen ist es nicht so wichtig zu wissen, dass Ihr DMM in der Lage ist, im uA-Bereich zu messen, aber dies ist bei ausreichend geringer Spannungsbelastung möglich .

Dies ist äußerst wichtig bei Anwendungen mit geringem Stromverbrauch oder Mikropower-Anwendungen, bei denen Mikroampere Strom aus Niederspannungs-Stromschienen entnommen werden.

Stellen Sie sich ein DMM mit einem Bereich von 600 uA und einer Belastung von 100 uV / uA vor (wie mein Fluke 87V): Wenn Sie 100 uA auf einer 10-V-Schiene messen, setzen Sie nur einen 10-mV-Abfall in die Schiene ein, der vernachlässigbar ist. Wenn Sie jedoch denselben Strom auf einer Leitung messen, die ein 100-mV-Signal führt, haben Sie dieses Signal um 10% geändert, und dies kann auch dazu führen, dass Ihre Schaltung nicht mehr funktioniert.

Von einem anderen POV aus gesehen ist es nicht nur der Strombereich, der für eine Messung in einer Niedrigstromanwendung von Bedeutung ist, sondern auch die Impedanz des Stromkreises, in den Sie Ihr Amperemeter einsetzen werden. Wenn das Amperemeter einen zu hohen Innenwiderstand (Hochspannungsbelastung) aufweist, wird die Messung oder sogar die Funktion des zu prüfenden Stromkreises erheblich beeinträchtigt.

Bei der Auswahl eines DMM und der Prüfung seiner aktuellen Spezifikationen sollten Sie daher auch die Spannungsbelastung als Parameter berücksichtigen.

Bei der Charakterisierung und Modellierung von Halbleiterbauelementen fallen Leckströme (die für die Erstellung eines nützlichen und genauen Modells von entscheidender Bedeutung sind) häufig in den Mikroampere-Bereich. Typischerweise werden diese Messungen mit einer Precision Source-Measure Unit (kurz SMU) durchgeführt. Solche Messungen werden auch häufig in der Technologieentwicklung verwendet, um die grundlegende Leistung eines bestimmten Halbleiterprozesses zu bewerten.

Beim Betrieb eines Elektronenmikroskops ist es häufig wünschenswert, den Strahlstrom mit einer Auflösung von einigen Picoampere zu kennen. Strahlströme sind klein, weil das Ziel eines Elektronenmikroskops darin besteht, einen schmalen (und damit stromarmen) Elektronenstrahl auf die Probe zu fokussieren, damit der Strahl mit kleinen Merkmalen wechselwirkt.

Dies wird erreicht, indem ein Amperemeter zwischen einem elektrisch isolierten Probentisch und der Mikroskopmasse angeschlossen wird. Ein solches Amperemeter muss natürlich in der Lage sein, die vom Gerät verwendeten Ströme zu messen.

Dies ist eher ein Nischenfall, an dem Sie wahrscheinlich interessiert sind, aber der Vollständigkeit halber: Hochspannungsphysik-Experimente beinhalten häufig Ströme im Mikroampere- oder Nanoampere-Bereich, z. mit Antwortkurven wie folgt (aus diesem Hamamatsu-Info-Handbuch):

Im Allgemeinen werden diese von hochohmigen Verstärkern gelesen, um eine nützliche Spannung (~ 1-10 V) proportional zum Strom zu erhalten, aber ich könnte mir Fälle vorstellen, in denen Sie herausfinden möchten, welche Ihrer PMTs defekt sind und nur ein Multimeter und anschließen möchten Bewegen Sie Ihre Hand über die Röhre, um das Licht zu blockieren und den aktuellen Tropfen zu sehen.

Wenn Sie versuchen, eine hohe Vorspannung (wenige kV) für etwas aufrechtzuerhalten (z. B. eine Elektrode im Vakuum), muss ein Leckstrom zugeführt werden, um die Spannung konstant zu halten. Dieser liegt normalerweise im Bereich von Mikroampere bis Nanoampere auch. Auch hier ist es unwahrscheinlich, dass Sie mit einem Handheld-DMM sicher messen können.

Die "Pro" -Geräte?

Ich denke bei "Pro" sind sie eigentlich die "Elektriker" -Zähler. Wenn jemand an der 120-V-Verkabelung zu Hause arbeitet oder an einem Auto arbeitet, handelt er normalerweise mit Ampere oder manchmal mit mA. Die Mikroampere sind in der Elektronik wichtig, aber nicht so sehr in der professionellen "elektrischen" Arbeit.

Aber für Ingenieure und Wissenschaftler (die echten Profis) sind Mikroampere-Skalen unglaublich wichtig. Gleiches gilt für Bastler oder für alle, die mit Transistorschaltungen arbeiten. Sehen Sie alle Beispiele in den Antworten hier. Transistor-Basisströme, Fotodetektoren, Operationsverstärker und alles, was mit Widerständen über 10.000 Ohm zu tun hat.