Một điốt, một con LED hay một tấm cảm biến đều có thể “trả lời” khác nhau tùy cách bạn hỏi nó. Cấp điện áp mà không giới hạn dòng thì linh kiện cháy trước khi kịp ghi số liệu; đo dòng rò bằng cáp thường thì con số trên màn hình là dòng rò của cáp chứ không phải của linh kiện. Keysight B2901C là SMU một kênh gộp nguồn áp, nguồn dòng, vôn kế và ampe kế vào một máy, nên cả phép cấp lẫn phép đo nằm trong cùng một vòng điều khiển. Bài này đi qua bốn ứng dụng, cách dựng phép đo và các lỗi hay gặp.
B2901C thông số cần nắm trước khi dựng phép đo
Theo trang sản phẩm của Keysight, B2901C có một kênh, cấp tối đa 210 V và 3,0 A một chiều hoặc 10,5 A dạng xung. Độ phân giải đo nhỏ nhất là 100 fA / 100 nV, độ phân giải nguồn 1 pA / 1 µV với 5½ chữ số. Máy lấy mẫu tối đa 50 kSa/s, tức khoảng cách lấy mẫu nhỏ nhất 20 µs.
Ba điểm quyết định cách dùng máy trong thực tế: máy làm việc ở bốn góc phần tư, nghĩa là vừa cấp vừa hấp thụ được công suất; hỗ trợ đo hai dây và bốn dây; và có chức năng quét danh sách và phát dạng sóng tùy ý tới 100 000 bước. Màn hình màu 4,3 inch hiển thị số hoặc đồ thị. Điều khiển từ xa qua USB, LAN, GPIB bằng lệnh SCPI, kèm phần mềm điều khiển trên PC.
Nguyên lý chung: nguồn, giới hạn tuân thủ và phép đo
Mọi phép đo trên SMU đều bắt đầu bằng ba lựa chọn. Thứ nhất, chế độ nguồn: cấp áp rồi đo dòng, hay cấp dòng rồi đo áp. Thứ hai, giới hạn tuân thủ (compliance) — mức dòng tối đa khi cấp áp, hoặc mức áp tối đa khi cấp dòng. Khi linh kiện kéo tới giới hạn này, máy chuyển sang giữ đại lượng kia, và linh kiện được bảo vệ. Thứ ba, thời gian tích phân và thời gian trễ trước mỗi điểm đo, quyết định độ nhiễu và việc số đọc đã ổn định hay chưa.
Quy tắc thực hành: đặt giới hạn tuân thủ theo linh kiện chứ không theo máy. Một con LED chỉ thị có dòng định mức vài chục mA thì giới hạn nên nằm ngay trên mức đó, không phải 3 A chỉ vì SMU Keysight cho phép.
Ứng dụng 1: dựng đặc tuyến I-V của điốt và LED
Đây là bài đo điển hình của một SMU một kênh, vì kích thích và đo nằm trên cùng một cặp cực.
- Nối bốn dây. Hai dây Force mang dòng, hai dây Sense đo áp ngay tại chân linh kiện. Ở vùng dòng lớn, sụt áp trên dây Force có thể vài chục mV — đủ làm lệch điện áp thuận đo được.
- Chọn cấp áp, đo dòng cho vùng thuận; đặt giới hạn dòng theo định mức linh kiện.
- Quét tuyến tính từ 0 V qua điện áp mở; dùng quét logarit nếu cần thấy cả vùng dòng nhỏ lẫn vùng dẫn trên cùng một đồ thị.
- Đặt trễ trước mỗi điểm đủ để dòng ổn định, nhất là ở vùng dòng thấp.
- Đảo cực để đo vùng ngược với giới hạn dòng nhỏ, tránh đẩy linh kiện vào vùng đánh thủng không kiểm soát.
Với LED công suất, tự nung nóng làm dịch đặc tuyến trong khi quét. Chế độ xung giải quyết việc này: mỗi điểm chỉ cấp dòng trong thời gian ngắn, nên nhiệt độ mối nối gần như không đổi. Độ rộng và chu kỳ xung cho phép ở mức 10,5 A cần tra trong datasheet trước khi đặt.
Ứng dụng 2: đo dòng rò ở vùng pico-ampe
Đo dòng rò của tụ, lớp cách điện hay điốt phân cực ngược là nơi nguồn đo chính xác SMU Keysight B2901C phát huy độ phân giải 100 fA — nhưng cũng là nơi bố trí thí nghiệm quyết định kết quả.
Dùng đường guard. Guard giữ lớp chắn của cáp ở cùng điện thế với lõi tín hiệu, nên gần như không có dòng chảy qua lớp cách điện của cáp. Với dòng dưới nano-ampe, cần thêm cáp có lớp chắn phù hợp, đầu nối sạch và khô.
Chờ dòng nạp tắt hẳn. Khi cấp áp lên một tụ, dòng ban đầu là dòng nạp, lớn hơn dòng rò nhiều bậc. Ghi số ngay sau khi cấp là ghi dòng nạp. Hãy đặt thời gian trễ đủ dài, hoặc ghi dòng theo thời gian rồi đọc giá trị khi đường cong đã nằm ngang.
Nếu dòng cần đo nằm ở vùng vài chục femto-ampe, bài ứng dụng đo điện trở cao với B2985C phân tích khi nào nên dùng máy chuyên dụng.
Ứng dụng 3: pin, pin mặt trời và cảm biến — nơi bốn góc phần tư có ý nghĩa
Linh kiện tự phát ra năng lượng đẩy dòng ngược vào máy. Nguồn thông thường không nhận được dòng này; SMU bốn góc phần tư thì hấp thụ được, nên một lần quét là đủ.
- Pin mặt trời: quét điện áp từ ngắn mạch tới hở mạch khi tấm pin được chiếu sáng. Dòng chạy từ pin vào máy, máy làm tải. Từ đường cong đọc được dòng ngắn mạch, áp hở mạch và điểm công suất cực đại.
- Pin và siêu tụ cỡ nhỏ: cấp dòng âm để xả với giới hạn áp làm ngưỡng dừng, rồi cấp dòng dương để nạp — cùng một máy, cùng một lần nối dây.
- Cảm biến điện trở và cầu đo: cấp dòng kích thích ổn định, đo áp ra bằng bốn dây để loại điện trở dây nối.
Ứng dụng 4: transistor rời và quá độ nhanh
B2901C chỉ có một kênh, nên khi đo transistor, cực điều khiển cần một nguồn ngoài và dòng cực đó không được đo chính xác. Nếu đây là bài đo chính, bài so sánh B2901C với các model B2900C giúp quyết định giữa một và hai kênh.
Với quá độ — dòng khởi động của mạch, dòng tiêu thụ khi vi điều khiển thức dậy — tốc độ lấy mẫu 50 kSa/s ở bước 20 µs cho phép số hóa dạng dòng theo thời gian. Kết hợp với quét danh sách tới 100 000 bước, máy có thể phát một chuỗi mức áp tùy ý và ghi đáp ứng ở từng bước.
Bảng chọn cấu hình theo bài đo
| Bài đo | Chế độ nguồn | Nối dây | Điểm cần chú ý |
|---|---|---|---|
| I-V điốt, LED vùng thuận | Cấp áp, đo dòng | Bốn dây | Giới hạn dòng theo định mức; xung nếu tự nung nóng |
| Dòng rò tụ, lớp cách điện | Cấp áp, đo dòng | Hai dây + guard | Chờ dòng nạp tắt; tích phân dài |
| Pin mặt trời | Quét áp, đo dòng | Bốn dây | Dòng ngược vào máy — dùng bốn góc phần tư |
| Xả, nạp pin nhỏ | Cấp dòng âm/dương | Bốn dây | Giới hạn áp làm ngưỡng dừng |
| Điện trở nhỏ, cảm biến | Cấp dòng, đo áp | Bốn dây | Loại điện trở dây nối |
Năm lỗi thường gặp khi dùng SMU
- Để giới hạn tuân thủ ở mức tối đa. Linh kiện hỏng trước khi bạn nhận ra đặc tuyến đã vượt vùng an toàn.
- Đo hai dây ở dòng lớn. Sụt áp trên dây nối cộng thẳng vào điện áp đo được.
- Bỏ qua guard khi đo dòng nhỏ. Dòng rò của cáp lấn át dòng rò linh kiện.
- Trễ đo quá ngắn. Số liệu là dòng nạp của điện dung mạch, không phải giá trị xác lập.
- Không kiểm tra cờ tuân thủ. Điểm đo chạm giới hạn trông vẫn như một số hợp lệ trên đồ thị; hãy kiểm tra trạng thái trước khi dùng số liệu.
Chọn đúng trước khi mua
Bài đo nằm trên một cặp cực thì một kênh 100 fA thường là đủ. Xem đầy đủ B2901C thông số và phụ kiện trên trang sản phẩm, hoặc danh mục thiết bị đo Keysight.
Cần tư vấn cấu hình, cáp đo dòng nhỏ hoặc báo giá nguồn đo chính xác SMU Keysight B2901C? Techmaster Electronics là đại lý ủy quyền Keysight tại Việt Nam, có phòng hiệu chuẩn ISO/IEC 17025 và đội kỹ sư hỗ trợ dựng phép đo theo đúng linh kiện của bạn.
