Khi bài toán chuyển từ “cấp nguồn rồi đo” sang “quét đặc tuyến I-V và bắt dòng rò cỡ femtoampere”, nguồn DC và đồng hồ vạn năng rời không còn đủ. Đó là lúc SMU xuất hiện. Bài viết này so sánh Keysight B2902C với người anh em một kênh B2901C trong họ B2900C, để trả lời một câu hỏi rất cụ thể: kênh thứ hai có đáng tiền với bài toán của bạn không?
Keysight B2902C là thiết bị gì?
SMU (Source/Measure Unit) là thiết bị vừa phát vừa đo trên cùng một cặp đầu nối. Nó có thể phát điện áp và đo dòng, hoặc phát dòng và đo điện áp, hoạt động ở cả bốn góc phần tư — nghĩa là vừa cấp nguồn vừa hấp thụ được năng lượng từ vật đo. Chính khả năng bốn góc phần tư này giúp bạn đo pin, diode, transistor hay tế bào quang điện mà không cần ghép nhiều thiết bị.
B2902C thuộc lớp SM2 — nhóm “Expert” trong danh mục SMU để bàn của Keysight, cùng lớp với B2901C. Điểm khác biệt nằm ở số kênh.
| Hạng mục | Giá trị |
|---|---|
| Số kênh | 2 |
| Điện áp tối đa mỗi ngõ ra | 210 V |
| Dòng tối đa mỗi ngõ ra | 3,0 A DC / 10,5 A xung |
| Độ phân giải đo nhỏ nhất | 100 fA / 100 nV |
| Độ phân giải phát nhỏ nhất | 1 pA / 1 µV |
| Độ phân giải nguồn phát | 5,5 chữ số |
| Khoảng lấy mẫu nhỏ nhất | 20 µs |
| Tốc độ lấy mẫu tối đa | 50 kSa/s |
| Màn hình | màu 4,3 inch |
So sánh Keysight B2902C với B2901C
Hai model dùng chung kiến trúc đo, chung dải áp 210 V, chung dòng 3 A DC / 10,5 A xung và chung độ phân giải 100 fA / 100 nV. Khác biệt thực chất chỉ có một: B2901C có một kênh, B2902C có hai.
Nghe đơn giản, nhưng hệ quả kỹ thuật thì không. Một kênh thứ hai trong cùng khung máy mang lại ba thứ mà hai máy một kênh đặt cạnh nhau khó có được:
- Đồng bộ thời gian trong cùng khung. Hai kênh chia sẻ cùng một cơ sở thời gian, nên bạn quét đồng thời và lấy mẫu đồng thời mà không phải xử lý độ lệch trigger giữa hai thiết bị rời.
- Điều khiển ba cực bằng một máy. Đo transistor cần một nguồn cho cực cổng (hoặc base) và một nguồn cho cực máng (hoặc collector). Với một kênh, bạn không dựng nổi họ đặc tuyến output; với hai kênh, đó là bài đo tiêu chuẩn.
- Ít điểm nối đất hơn. Ở mức 100 fA, mỗi vòng đất dư là một nguồn sai số. Gộp hai kênh vào một khung giảm số đường về đất cần kiểm soát.
Nếu bài toán của bạn chỉ cần một kênh, chúng tôi đã phân tích riêng cấu hình đó trong bài So sánh Keysight B2901C trong họ B2900C.
Khi nào bạn thực sự cần hai kênh?
Dưới đây là ranh giới thực dụng, rút từ các bài đo phổ biến trong phòng lab bán dẫn và vật liệu Việt Nam.
Một kênh là đủ khi vật đo là linh kiện hai cực: diode, điện trở, tụ rò, cảm biến điện trở, pin cúc áo. Bạn quét áp, đọc dòng, dựng đường I-V. Thêm kênh chỉ để nằm không.
Hai kênh là bắt buộc khi vật đo có từ ba cực trở lên, hoặc khi bạn cần phát và đo ở hai điểm độc lập cùng lúc:
- Đặc tuyến MOSFET và BJT. Quét VDS ở nhiều mức VGS để dựng họ đường cong — đây là lý do kinh điển nhất.
- Đo dòng rò có phân cực bảo vệ. Một kênh giữ điện thế guard, một kênh đo dòng rò thật. Ở mức femtoampere, không có guard thì bạn đang đo dòng rò của chính đồ gá.
- Thử nghiệm pin và siêu tụ. Một kênh nạp/xả, một kênh giám sát điện áp tại điểm khác để tách sụt áp trên dây.
- Cảm biến cần kích thích và đọc riêng. Nhiều cảm biến áp trở hoặc quang cần một nguồn kích thích ổn định trong khi tín hiệu ra được đo độc lập.
Những thông số quyết định chất lượng phép đo
100 fA là con số phải hiểu đúng. Đó là độ phân giải đo — bước nhỏ nhất máy phân biệt được — chứ không phải độ chính xác tuyệt đối. Để tiến gần ngưỡng đó trong thực tế, bạn cần cáp có màn chắn ba lớp, đồ gá cách điện tốt, thời gian ổn định đủ dài và môi trường không nhiễu. Thiết bị chỉ là một phần của bài toán; phần còn lại nằm ở đồ gá.
20 µs khoảng lấy mẫu và 50 kSa/s. Hai thông số này cho phép B2902C số hoá dạng sóng dòng và áp, không chỉ đọc giá trị tĩnh. Bạn quan sát được quá trình quá độ khi đóng nguồn, hiện tượng bẫy điện tích hay đáp ứng xung — những thứ mà một DMM đọc trung bình sẽ làm phẳng mất.
Xung 10,5 A. Chế độ xung cho phép đưa dòng lớn vào vật đo trong thời gian rất ngắn, đủ để lấy điểm đo trước khi vật đo tự nóng lên và làm trôi kết quả. Với LED công suất hay linh kiện nhạy nhiệt, đây là khác biệt giữa số liệu dùng được và số liệu bị nhiệt làm sai.
Nếu bài toán của bạn thiên hẳn về dòng cực nhỏ và điện trở cực cao, hãy tham khảo thêm bài 4 ứng dụng đo dòng femtoampere với Keysight B2985C để so sánh hai hướng tiếp cận.
Kết luận
Quy tắc chọn rất gọn: đếm số cực của vật đo. Linh kiện hai cực thì một kênh là đủ và bạn nên dồn ngân sách vào đồ gá cùng cáp có màn chắn. Từ ba cực trở lên, hoặc khi cần phát và giám sát ở hai điểm độc lập, Thiết bị đo và cung cấp tín hiệu SMU Keysight B2902C giúp bạn làm trong một khung máy điều mà hai thiết bị rời làm rất vất vả.
Máy kèm phần mềm điều khiển PC và hỗ trợ lệnh SCPI, nên tích hợp vào hệ ATE sẵn có không đòi hỏi viết lại toàn bộ chương trình. Bạn có thể xem các cấu hình đang phân phối tại chuyên mục Thiết bị đo và cung cấp tín hiệu SMU, hoặc liên hệ Techmaster để được tư vấn cấu hình Keysight B2902C theo đúng loại linh kiện bạn đang thử nghiệm.
