Vì sao đồng hồ vạn năng khó đo dòng điện rất nhỏ?
Đồng hồ vạn năng phổ thông đo tốt dải mA đến A. Nhưng khi giá trị cần đo giảm xuống vài chục µA hoặc vài nA, cách đo quen thuộc bắt đầu bộc lộ giới hạn.
Giả sử mạch cần kiểm tra có dòng khoảng 2 µA. Một thiết bị có độ phân giải 0,1 mA sẽ không thể hiện được giá trị này. Ngay cả khi đồng hồ có thang µA, kết quả vẫn có thể dao động do nhiễu điện, dòng rò của mạch đo hoặc điều kiện môi trường.
Đó là lý do vì sao cùng một mạch, số hiển thị có thể thay đổi liên tục khi chuyển sang thang đo thấp hơn. Vấn đề không nằm ở thao tác đo, mà nằm ở việc bản thân phép đo đã yêu cầu thiết bị có độ nhạy cao hơn.
Dòng điện nhỏ thường xuất hiện ở đâu?
Đây là tình huống khá phổ biến trong điện tử, nhất là ở những mạch cần kiểm soát chặt dòng tiêu thụ hoặc dòng rò:
+ Đo dòng rò của linh kiện bán dẫn
+ Kiểm tra dòng rò của vật liệu cách điện
+ Đo dòng tối của cảm biến hoặc mạch điện tử
+ Kiểm tra dòng tiêu thụ ở trạng thái chờ của thiết bị
+ Đánh giá đặc tính linh kiện trong quá trình R&D
+ Theo dõi dòng điện rất nhỏ phát sinh từ vật liệu hoặc mẫu thử
Ở các phép đo này, chênh lệch vài µA đã có thể mang ý nghĩa kỹ thuật. Nếu dòng cần đo nằm ở vùng nA hoặc pA, yêu cầu về thiết bị và cách bố trí mạch còn cao hơn nhiều.
1 µA và 1 nA khác nhau thế nào?
1 µA = 1.000 nA
Khi dòng điện giảm từ µA xuống nA, giá trị cần quan sát đã nhỏ hơn hàng nghìn lần. Xuống đến pA, khoảng cách còn lớn hơn nữa.
Một số thiết bị đo dòng điện nhỏ hiện nay có thể mở rộng xuống những dải rất thấp. Ví dụ, KEITHLEY 6487 tại EMIN có các thang đo từ 2 nA đến 20 mA, độ phân giải thấp nhất 10 fA. KEYSIGHT B2981C hướng đến các phép đo femtoampere và picoampere, dải đo theo công bố của EMIN từ 0,01 fA đến 20 mA, kèm khả năng lưu trữ và theo dõi dữ liệu đo trên máy tính. Tuy nhiên, không phải cứ cần đo dòng nhỏ là nên chọn thiết bị có dải thấp nhất. Dải dòng thực tế của mẫu thử mới là cơ sở để xác định cấp thiết bị phù hợp.
Có thể dùng điện trở phụ để đo dòng nhỏ không?
Có. Một phương pháp thường gặp là cho dòng điện đi qua một điện trở có giá trị xác định, sau đó đo điện áp hai đầu điện trở và tính dòng theo định luật Ohm.
Ví dụ: điện trở 1 kΩ, điện áp đo được 1 mV, dòng qua điện trở tương ứng khoảng 1 µA
Cách này phù hợp với một số mạch thử nghiệm ở mức vừa phải. Nhưng khi dòng cần đo xuống rất thấp, chính điện trở, dây dẫn, môi trường và thiết bị đo điện áp lại trở thành yếu tố cần kiểm soát. Dòng rò của mạch đo hoặc nhiễu bên ngoài có thể tạo ra sai lệch đáng kể so với tín hiệu thật. Vì vậy, đây không phải cách thay thế hoàn toàn cho thiết bị đo dòng chuyên dụng.
Khi nào nên chuyển sang picoammeter (máy đo dòng điện nhỏ)?
Có thể cân nhắc picoammeter khi gặp một trong các tình huống sau:
- Giá trị cần đo nằm dưới thang đo thực tế của DMM. Đồng hồ không còn đủ độ phân giải để phân biệt các thay đổi nhỏ của dòng điện.
- Số đo dao động mạnh. Mạch gần như không thay đổi nhưng giá trị hiển thị liên tục trôi hoặc nhảy, khiến kết quả khó dùng để đánh giá.
- Cần đo dòng rò. Các phép kiểm tra dòng rò của linh kiện, vật liệu cách điện hoặc mạch điện tử thường yêu cầu dải đo thấp hơn nhiều so với nhu cầu đo điện thông thường.
- Cần ghi lại dòng điện theo thời gian. Một số bài thử cần theo dõi dòng thay đổi ra sao trong vài phút, vài giờ hoặc theo từng điều kiện thử nghiệm, thay vì chỉ đọc một giá trị tại một thời điểm.
Danh mục máy đo và tạo nguồn dòng điện, điện áp nhỏ của EMIN hiện có nhiều nhóm thiết bị phục vụ các nhu cầu khác nhau, từ picoammeter, nanovoltmeter đến nguồn dòng DC/AC và thiết bị kết hợp đo, tạo nguồn.
Trong đó, KEYSIGHT B2981C phù hợp cho những phép đo dòng cực nhỏ cần theo dõi và lưu dữ liệu. KEITHLEY 6487 kết hợp đo dòng nhỏ với khả năng tạo nguồn điện áp, phù hợp cho các bài kiểm tra linh kiện và mạch thử nghiệm cần kiểm soát cả hai phía đo và cấp nguồn.
Kết luận
Đồng hồ vạn năng vẫn đáp ứng tốt các phép đo dòng điện thông thường, nhưng khi tín hiệu giảm xuống µA, nA hoặc pA, giới hạn của thiết bị bắt đầu ảnh hưởng rõ đến kết quả. Với các bài toán đo dòng rò, dòng tối, linh kiện bán dẫn hoặc nghiên cứu vật liệu, picoammeter và thiết bị đo dòng điện mức thấp sẽ phù hợp hơn.
