Đo dòng điện cực nhỏ là phép đo mà mọi phòng thí nghiệm điện tử sớm muộn cũng phải làm: dòng rò của một tụ điện, dòng tối của cảm biến quang, dòng rò cổng của một transistor SiC, hay dòng đi xuyên qua lớp cách điện của một vật liệu mới. Điểm chung của chúng là giá trị nằm ở mức nano-ampe, pico-ampe hoặc thấp hơn nữa — và ở mức đó, chiếc đồng hồ vạn năng tốt nhất trên bàn bạn không chỉ đọc sai, mà còn làm thay đổi chính cái dòng nó đang đo.
Bài viết này giải thích vì sao lại như vậy, cần thiết bị gì để đo cho đúng, và bốn model trong dòng Keysight B2980C khác nhau ở đâu để bạn chọn được đúng máy cho bài toán của mình.
Đo dòng điện cực nhỏ là gì, và vì sao đồng hồ vạn năng không làm được?
Ranh giới thực tế nằm ở khoảng micro-ampe. Trên ngưỡng đó, một đồng hồ vạn năng để bàn 6½ chữ số là thừa đủ. Dưới ngưỡng đó, ba nguồn sai số mà bình thường bạn bỏ qua sẽ lần lượt lớn hơn cả tín hiệu cần đo.
Thứ nhất là điện áp gánh (burden voltage). Mọi ampe kế đều đo dòng bằng cách cho dòng chạy qua chính nó và đọc điện áp rơi trên một điện trở shunt. Điện áp rơi đó không miễn phí: nó nối tiếp vào mạch cần đo và làm giảm chính cái dòng bạn muốn biết. Với phép đo dòng rò ở điện áp phân cực thấp, vài mV điện áp gánh đã đủ để kết quả sai hàng chục phần trăm. Dòng B2980C giữ điện áp gánh dưới 20 µV, tức là mạch cần đo gần như không nhận ra có thiết bị nào đang mắc vào.
Thứ hai là dòng rò của chính đường dây đo. Một sợi cáp đồng trục thông thường có điện trở cách điện hữu hạn giữa lõi và vỏ; khi giữa hai lớp đó có chênh áp, dòng rò sinh ra dễ dàng vượt mức pico-ampe. Đây là lý do các thiết bị đo dòng điện cực nhỏ dùng cáp tam trục (triaxial): giữa lõi và vỏ ngoài có thêm một lớp màn chắn guard được giữ gần cùng điện thế với lõi, nên gần như không còn chênh áp để sinh dòng rò dọc theo cáp.
Thứ ba là nhiễu. Ở mức femto-ampe, nhiễu 50 Hz bơm vào từ lưới điện, độ ẩm đọng trên đồ gá và nhiễu nhiệt đều hiện lên rõ trên màn hình. Giải pháp là kéo dài thời gian tích phân của phép đo, che chắn tốt, và — trong trường hợp cực đoan — cắt hẳn thiết bị khỏi lưới điện bằng cách cho nó chạy pin.
Pico-ampe kế và điện kế khác nhau thế nào?
Hai tên gọi này hay bị dùng lẫn khi nói về thiết bị đo dòng điện cực nhỏ, nhưng chúng là hai lớp thiết bị khác nhau.
Một pico-ampe kế (picoammeter) chỉ làm một việc: đo dòng, thật chính xác và thật nhỏ. Bạn mắc nó nối tiếp vào mạch, còn điện áp phân cực do một nguồn khác cung cấp.
Một điện kế (electrometer) là một máy đa năng cho các phép đo trở kháng cao: nó đo dòng, đo điện áp với trở kháng vào rất lớn, đo điện tích như một coulomb kế, và quan trọng nhất là có sẵn một nguồn điện áp tích hợp. Chính nguồn áp đó cho phép nó đo điện trở theo phương pháp áp một điện áp rồi đo dòng rất nhỏ chạy qua — cách duy nhất để đo được những giá trị điện trở mà cầu đo thông thường không với tới.
Trên dòng B2980C, sự khác biệt này nhìn thấy được ngay ở mặt máy: B2981C và B2983C chỉ có một cụm cổng “Ammeter”, còn B2985C và B2987C có ba cụm — “Ammeter”, “Voltmeter” và “Voltage Source”.
Keysight B2980C gồm những model nào?
Dòng Keysight B2980C có bốn model. Cả bốn dùng chung một khối đo dòng: 11 dải từ 2 pA tới 20 mA với phân giải công bố 0,01 fA, tốc độ tới 20.000 phép đọc mỗi giây, màn hình LCD màu 4,3 inch có đồ thị theo thời gian và biểu đồ histogram, cùng giao tiếp LAN (chuẩn LXI Core), USB và GPIB điều khiển bằng lệnh SCPI. Khác biệt nằm ở hai câu hỏi: có đo được điện áp, điện trở và điện tích hay không, và có pin hay không.
| Tiêu chí | B2981C | B2983C | B2985C | B2987C |
|---|---|---|---|---|
| Chức năng chính | Pico-ampe kế | Pico-ampe kế | Điện kế / đo điện trở cao | Điện kế / đo điện trở cao |
| Đo dòng | 2 pA – 20 mA, phân giải 0,01 fA | 2 pA – 20 mA, phân giải 0,01 fA | 2 pA – 20 mA, phân giải 0,01 fA | 2 pA – 20 mA, phân giải 0,01 fA |
| Đo điện áp | Không | Không | Dải 2 V và 20 V | Dải 2 V và 20 V |
| Đo điện trở | Không | Không | Tới 10 PΩ | Tới 10 PΩ |
| Đo điện tích | Không | Không | Có (coulomb kế) | Có (coulomb kế) |
| Nguồn áp tích hợp | Không | Không | 20 V / 20 mA và 1.000 V / 1 mA | 20 V / 20 mA và 1.000 V / 1 mA |
| Pin Li-ion tích hợp | Không | Có — khoảng 7 giờ | Không | Có — khoảng 5 giờ |
| Đo nhiệt độ và độ ẩm | Không | Không | Có (cảm biến độ ẩm mua riêng) | Có (cảm biến độ ẩm mua riêng) |
| Bài toán điển hình | Dòng rò, dòng tối trên bàn lab có nguồn lưới ổn định | Đo ngoài hiện trường hoặc nơi lưới điện nhiều nhiễu | Điện trở cách điện, vật liệu, đo điện tích | Như B2985C, thêm khả năng chạy độc lập bằng pin |
Nguồn áp tích hợp của B2985C và B2987C có hai dải: dải 20 V cấp được tới 20 mA, còn dải 1.000 V giới hạn ở 1 mA. Chính dải 1.000 V là thứ đưa dải đo điện trở lên tới 10 PΩ — tức 10.000 TΩ, con số mà không một đồng hồ vạn năng nào chạm tới.
Nếu bài toán của bạn chỉ là đo dòng, B2981C là lựa chọn gọn và kinh tế hơn, còn B2983C thêm pin cho những nơi lưới điện không sạch. Cả bốn model đều nằm trong nhóm thiết bị đo và cung cấp tín hiệu SMU mà Techmaster phân phối.
Đo dòng điện cực nhỏ dùng vào việc gì trong nhà máy và phòng lab Việt Nam?
Nhóm hàng điện tử, máy tính và linh kiện là mặt hàng xuất khẩu lớn nhất của Việt Nam, đạt 72,6 tỷ USD trong năm 2024. Khi chuỗi cung ứng dịch chuyển từ lắp ráp sang chế tạo linh kiện và vật liệu, phép đo dòng điện cực nhỏ xuất hiện ở bốn chỗ rất cụ thể.
Linh kiện bán dẫn. Dòng rò cổng và dòng rò ngược của MOSFET, IGBT hay diode là chỉ tiêu chất lượng trực tiếp — và ở linh kiện tốt, nó nằm ở mức nano-ampe hoặc thấp hơn. Với linh kiện công suất SiC và GaN, phép đo này còn phải làm ở điện áp chặn cao; khi đó bạn cần một máy phân tích chuyên dụng như trong bài đo đặc tính linh kiện công suất SiC/GaN, còn điện kế phù hợp cho các phép đo dòng rò ở điện áp thấp hơn và cho nghiên cứu vật liệu.
Cảm biến và quang điện tử. Dòng tối của photodiode, dòng đầu ra của cảm biến ion hóa hay đầu dò bức xạ, dòng ngắn mạch của một pin mặt trời cỡ nhỏ — tất cả đều là những phép đo dòng điện cực nhỏ điển hình, và tất cả đều nhạy với điện áp gánh của thiết bị đo.
Vật liệu và cách điện. Đo điện trở suất khối và điện trở suất bề mặt của nhựa, gốm, màng mỏng hay vật liệu đóng gói cần một nguồn áp cao và một ampe kế cực nhạy — chính là cấu hình của B2985C/B2987C. Đây cũng là phép đo dùng để kiểm tra chất lượng vật liệu cách điện đầu vào của nhà máy.
Kiểm tra linh kiện thụ động. Dòng rò của tụ điện, đặc biệt tụ nhôm và tụ tantalum, là chỉ tiêu nghiệm thu quan trọng. Phép đo này bổ sung cho các phép đo điện dung và tổn hao mà bạn làm bằng máy đo LCR hoặc máy phân tích trở kháng: LCR cho bạn biết linh kiện có đúng giá trị không, còn điện kế cho biết nó có rò không.
Cần chuẩn bị gì để có một phép đo đáng tin?
Mua đúng máy mới là một nửa. Nửa còn lại nằm ở cách dựng phép đo dòng điện cực nhỏ, và đây là chỗ phần lớn kết quả sai sinh ra.
Dùng cáp tam trục và nối guard cho đúng. Máy đi kèm cáp tam trục 500 V dài 1,5 m; riêng B2985C và B2987C còn kèm bộ dây đo cao áp 1.000 V dài 1,2 m. Nếu cần kẹp trực tiếp vào mẫu thì có cáp chuyển tam trục sang kẹp cá sấu N1415A (200 V). Với phép đo điện áp trên B2985C/B2987C, lớp màn chắn trong của đầu vào có thể nối vào Guard (đo có bảo vệ, chính xác hơn) hoặc vào Common (đấu nối đơn giản hơn); hãy chọn Guard cho các phép đo trở kháng cao.
Đừng quên mạch interlock khi dùng nguồn áp cao. Trên B2985C/B2987C, ngõ ra nguồn áp vượt ngưỡng khoảng 21 V chỉ bật được khi mạch interlock đã được đấu nối. Máy có kèm đầu nối interlock, nhưng phần mạch bảo vệ trên đồ gá là việc bạn phải tự lắp — hãy tính khoản này vào thiết kế trạm đo ngay từ đầu, đừng để phát hiện khi thiết bị đã về tới xưởng.
Trừ nền trước khi đo. Hàm Null và offset cancel có sẵn trên máy để trừ đi dòng nền của đồ gá và cáp. Nên chạy chúng ngay tại nhiệt độ và độ ẩm làm việc thật, không phải một lần rồi dùng mãi.
Chọn thời gian tích phân theo mức nhiễu. Thời gian tích phân đặt được từ 0,001 PLC tới 100 PLC — khoảng 20 µs tới 2 giây ở lưới 50 Hz — kèm ba chế độ tự động Quick, Normal và Stable. Nếu số đọc nhảy, hãy chuyển sang Stable trước khi nghi ngờ mẫu thử.
Kiểm soát độ ẩm. Hơi ẩm đọng trên bề mặt đồ gá tạo ra một đường rò song song với mẫu. B2985C và B2987C đo và hiển thị được nhiệt độ cùng độ ẩm ngay trên màn hình để bạn ghi lại điều kiện đo — ở mức femto-ampe, đây là dữ liệu bắt buộc chứ không phải thông tin trang trí. Lưu ý: cặp nhiệt điện loại K đi kèm máy, còn cảm biến độ ẩm phải mua riêng (Keysight hướng dẫn dùng EE Elektronik EE07 hoặc loại tương đương cùng cáp nối); hai model pico-ampe kế B2981C và B2983C không có chức năng này.
Nghĩ đến nguồn điện. Nếu bàn đo nằm cạnh biến tần, lò hàn reflow hay tủ nguồn công suất, nhiễu dẫn theo đường lưới sẽ đi thẳng vào phép đo. Bản chạy pin B2983C và B2987C cắt hẳn đường đó — B2983C chạy được khoảng 7 giờ, B2987C khoảng 5 giờ mỗi lần sạc. Chi tiết cấu hình và quy trình đo có trong tài liệu hướng dẫn sử dụng B2980C của Keysight.
Lưu ý về vòng đời sản phẩm và hiệu chuẩn
Dòng B2980B đời trước — gồm B2981B, B2983B, B2985B và B2987B — đã ngừng sản xuất từ ngày 01/06/2026, và dòng thay thế chính là B2980C. Nếu bạn đang tra cứu theo mã cũ, hãy đối chiếu sang mã C tương ứng trước khi lập dự toán; Techmaster có thể tư vấn model hiện hành và phương án thay thế cho thiết bị B2980B đang vận hành.
Về hiệu chuẩn: một thiết bị đo dòng điện cực nhỏ chỉ có giá trị khi kết quả của nó truy xuất được về chuẩn quốc gia. Techmaster vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025 và hỗ trợ lập kế hoạch hiệu chuẩn định kỳ cho thiết bị đo điện tại nhà máy. Khi phép đo cần chạy tự động trên nhiều kênh hoặc nhiều mẫu, có thể ghép điện kế với hệ thống chuyển mạch đo kiểm hoặc hệ thống thu thập dữ liệu — nhưng lưu ý rằng dòng rò của chính relay và đường dây chuyển mạch sẽ trở thành giới hạn mới của phép đo.
Câu hỏi thường gặp
Đo dòng điện cực nhỏ bắt đầu từ mức nào thì cần thiết bị chuyên dụng?
Ranh giới thực tế nằm quanh mức micro-ampe. Trên mức đó, một đồng hồ vạn năng để bàn 6½ chữ số cho kết quả đủ tin cậy. Khi dòng cần đo xuống tới nano-ampe và thấp hơn, điện áp gánh của đồng hồ vạn năng và dòng rò của cáp đo bắt đầu lớn hơn sai số cho phép, và bạn cần một pico-ampe kế hoặc điện kế với đầu vào tam trục có guard.
B2981C và B2987C khác nhau ở đâu?
B2981C là pico-ampe kế: chỉ đo dòng, dải 2 pA tới 20 mA với phân giải 0,01 fA. B2987C là điện kế đầy đủ: ngoài đo dòng giống hệt B2981C, nó còn đo điện áp ở dải 2 V và 20 V, đo điện tích như một coulomb kế, có nguồn áp tích hợp 20 V và 1.000 V, nhờ đó đo được điện trở tới 10 PΩ — và nó có pin Li-ion chạy được khoảng 5 giờ.
Vì sao cần bản chạy pin khi đo dòng điện cực nhỏ?
Vì lưới điện là một đường đưa nhiễu vào phép đo. Ở mức femto-ampe, nhiễu 50 Hz và nhiễu xung từ các thiết bị công suất gần đó có thể lớn hơn tín hiệu. Khi thiết bị chạy bằng pin Li-ion tích hợp, đường dẫn đó bị cắt hoàn toàn. B2983C chạy khoảng 7 giờ và B2987C khoảng 5 giờ mỗi lần sạc, đủ cho một ca đo hoặc một đợt đo ngoài hiện trường.
Điện kế Keysight đo được điện trở cách điện tới bao nhiêu?
B2985C và B2987C đo được tới 10 PΩ, tức 10.000 TΩ. Phép đo này dùng nguồn áp tích hợp: máy áp một điện áp lên mẫu — dải cao nhất là 1.000 V với dòng giới hạn 1 mA — rồi đo dòng rất nhỏ chạy qua và tính ra điện trở. Đây là cách duy nhất để đo những giá trị điện trở mà cầu đo hay đồng hồ vạn năng thông thường không với tới.
Cần tư vấn chọn thiết bị đo dòng điện cực nhỏ?
Techmaster Electronics là nhà phân phối ủy quyền của Keysight tại Việt Nam, cung cấp đầy đủ dòng B2980C cùng phụ kiện cáp tam trục và đồ gá đo. Nếu bạn đang cân nhắc giữa pico-ampe kế và điện kế, hoặc cần dựng một trạm đo dòng rò cho dây chuyền sản xuất, hãy liên hệ Techmaster để được kỹ sư ứng dụng tư vấn cấu hình phù hợp. Bạn cũng có thể xem toàn bộ danh mục thiết bị đo Keysight mà chúng tôi phân phối.
