In welchen Szenarien ist es wichtig, Mikroampere zu messen?

Eines der Produkte, mit denen ich gearbeitet und für die ich entworfen habe, war ein intelligentes Münztelefon; Stellen Sie sich einen Mikrocontroller vor, der wie ein Münztelefon funktioniert .

Diese mussten an einer gewöhnlichen Telefonschleife mit einer garantierten 20-mA-Versorgung (aber nicht garantiert höher) betrieben werden. im aufgelegten Zustand war der Einheit nur ein Leckstrom von wenigen Mikroampere gestattet, da die Zentrale sonst einen Leitungsfehler erkennen würde.

Als Antwort 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 Anschlüssen versehen.

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

Eine weitere Anwendung sind neue, sehr stromsparende Mikrocontroller (typische Teilverknüpfung), bei denen ich die tatsächliche Stromaufnahme in den verschiedenen Betriebsmodi bestätigen möchte und einige dieser Modi im Mikroamperebereich (oder weniger) liegen.

Viele Anwendungsmöglichkeiten, dies ist nur ein paar.

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

Um ein Beispiel zu geben, betrachten wir drahtlose Fernbedienungen. Sie haben möglicherweise nur einen 3-V- Akku mit 200 mAh. 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 streichen die Stunden und es ist ein schüchterner mehr als 2µA kontinuierlicher Leerlaufverbrauch. Viele moderne Micros und RTCs sind viel besser als diese, aber Sie müssen Ihren Produktionslauf messen, um zu überprüfen, ob das Gerät wie beabsichtigt funktioniert.

Sie würden sagen, "hängt die Batterielebensdauer nicht von der Anzahl der Betätigungen der Fernbedienung ab" - nun, das könnte es, aber der Leerlaufverbrauch ist möglicherweise bedeutender. 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 ziemlich gering ist. Im Gegensatz dazu erfordert allein der Leerlaufverbrauch von 2 µA 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 zum Beispiel misst gerne Mikroampere. Das Fluke 116 hat nur eine Mikroampere-Skala für Strommessungen.

Viele professionelle Multimeter sind für bestimmte Anwendungsfälle konzipiert. Der oben erwähnte Fluke 116 ist auf HVAC-Systeme ausgerichtet, 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 0-20 uA zu messen, als ich an der Entwicklung von Flash-Speicherprozessen arbeitete. Für batteriebetriebene Systeme sind Mikroampere wichtig. Aber für die meisten Anwendungsfälle brauchen Sie die Mikroampere-Skala nicht, also zahlen Sie nicht extra für eine.

Bei der Entwicklung von Low-Power-Geräten lohnt es sich, jedes Nanoampere einzusparen. Wenn Sie beispielsweise eine CR2032-Knopfzelle verwenden, haben Sie eine Kapazität von etwa 200 mAh. Einmal habe ich ein Gerät entwickelt, das mit einer dieser Batterien betrieben wird, und ich musste überprüfen, ob der Mikrocontroller die meiste Zeit in den Ruhemodus (0,6 uA) ging. 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 (in ihrem Niedrigleistungsmodus) mit der Summe des Ruhestroms übereinstimmt, der in ihren Datenblättern angegeben ist.

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

Ich werde den Antworten auf Ihre Frage eine Wendung hinzufügen. Lastspannung , auch Spannungslast genannt .

Die Spannungslast eines Strombereichs eines DMM ist die Spannung, die über dem DMM abfällt, während die Messung durchgeführt wird. Sie wird in V/A oder mV/mA ​​oder ähnlichen Einheiten ausgedrückt. Beachten Sie, dass diese Einheit Ohm entspricht und die Standardmethode ist, um den Innenwiderstand auszudrücken, den das DMM den Schaltkreisen in diesem bestimmten Bereich darstellt.

Bei manchen Anwendungen ist es nicht so wichtig zu wissen, dass Ihr DMM in der Lage ist, im uA-Bereich zu messen, dies jedoch mit einer ausreichend niedrigen Spannungslast möglich ist .

Dies ist äußerst wichtig bei Low-Power- oder Micropower-Anwendungen, bei denen Strom im Mikroamperebereich von Niederspannungs-Stromschienen gezogen wird.

Stellen Sie sich ein DMM vor, das einen Bereich von 600 uA mit einer Last von 100 uV / uA hat (wie mein Fluke 87V): Wenn Sie 100 uA messen, die von einer 10-V-Schiene gezogen werden, führen 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 % verändert, und dies kann auch dazu führen, dass Ihre Schaltung nicht mehr funktioniert.

Von einem anderen POV aus betrachtet, ist nicht nur der Strombereich wichtig, um eine Messung in einer Niedrigstromanwendung durchzuführen, sondern auch die Impedanz des Stromkreises, in den Sie Ihr Amperemeter einfügen werden. Wenn das Amperemeter einen zu hohen Innenwiderstand (hohe Spannungslast) hat, wird es die Messung oder sogar die Funktion des zu testenden Stromkreises erheblich verändern.

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

Bei der Charakterisierung und Modellierung von Halbleiterbauelementen fallen Leckströme (die für die Erstellung eines nützlichen und genauen Modells entscheidend 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 oft wünschenswert, den Strahlstrom mit einer Auflösung von wenigen Picoampere zu kennen. Strahlströme sind klein, da das Ziel eines Elektronenmikroskops darin besteht, einen schmalen (und somit stromarmen) Elektronenstrahl auf die Probe zu fokussieren, damit der Strahl mit kleinen Merkmalen interagiert.

Dies wird erreicht, indem ein Amperemeter zwischen einem elektrisch isolierten Probentisch und der Masse des Mikroskops angeschlossen wird. Ein solches Amperemeter muss natürlich in der Lage sein, in dem vom Instrument verwendeten Strombereich zu messen.

Dies ist eher ein Nischenfall, als Sie wahrscheinlich interessieren, aber der Vollständigkeit halber: Hochspannungsphysik-Experimente beinhalten oft Ströme im Mikroampere- oder Nanoampere-Bereich, zum Beispiel haben viele Photomultiplier-Röhren Sättigungsströme im Bereich von 1-10 uA, 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 anschließen möchten und Bewegen Sie Ihre Hand über die Röhre, um das Licht zu blockieren und den Stromabfall zu sehen.

In ähnlicher Weise haben Sie überall dort, wo Sie versuchen, eine Hochspannungsvorspannung (wenige kV) an etwas aufrechtzuerhalten (z. B. eine Elektrode im Vakuum), einen Leckstrom, der zugeführt werden muss, um die Spannung konstant zu halten. Dieser liegt normalerweise im Mikroampere- bis Nanoamperebereich auch. Auch dies ist etwas, das Sie mit einem tragbaren DMM wahrscheinlich nicht sicher messen können.

Die "Profi"-Geräte?

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

Aber für Ingenieure und Wissenschaftler (heh die echten Profis) sind Mikroampere-Meter-Skalen unglaublich wichtig. Dasselbe gilt für Bastler oder alle, die mit Transistorschaltungen arbeiten. Sehen Sie hier alle Beispiele in den Antworten. Basisströme von Transistoren, Fotodetektoren, Operationsverstärker und alles, was Widerstände über 10.000 Ohm betrifft, usw.