Keysight B2902B là nguồn-đo chính xác (SMU) hai kênh trong họ B2900B: mỗi kênh vừa cấp vừa đo điện áp và dòng điện trong bốn góc phần tư, tới ±210 V, ±3 A DC và ±10,5 A ở chế độ xung. Bài này đi theo trình tự một phiên đo I-V thực tế, số liệu lấy từ data sheet 3120-1466 của Keysight. Lưu ý: B2902B đã ngừng sản xuất nhưng vẫn được hỗ trợ, model kế nhiệm là B2902C.
B2902B thông số cần nắm trước khi dựng phép đo
Một phép đo SMU chỉ đúng khi điểm làm việc nằm trong đường bao nguồn của máy. Với B2902B, Keysight công bố đường bao bốn góc phần tư như sau: ±6 V tại ±3,03 A, ±21 V tại ±1,515 A và ±210 V tại ±105 mA, công suất tối đa 31,8 W mỗi kênh.
| Thông số | Keysight B2902B |
|---|---|
| Số kênh | 2, hoạt động độc lập |
| Điện áp tối đa | ±210 V |
| Dòng tối đa | ±3 A DC, ±10,5 A xung |
| Độ phân giải nguồn | 1 pA / 1 µV, 5,5 chữ số |
| Độ phân giải đo | 100 fA / 100 nV, 6,5 chữ số |
| Dải dòng thấp nhất | 100 nA |
| Khoảng lấy mẫu nhỏ nhất | 20 µs (50.000 điểm/giây) |
| Bộ đệm dữ liệu | 100.000 điểm |
| Giao tiếp | USB 2.0, LAN (LXI), GPIB, digital I/O |
Một chi tiết hay bị nhầm khi so sánh trong họ B2900B: khoảng lấy mẫu 10 µs và độ phân giải 10 fA thuộc về B2911B/B2912B, không phải B2902B. Đọc bảng thông số đầy đủ tại trang nguồn-đo SMU Keysight B2902B.
Bước 1: nối dây hai dây hay bốn dây
B2902B dùng đầu nối kiểu banana, hỗ trợ đo 4 dây (remote sense, hay nối Kelvin). Trong sơ đồ 4 dây, hai dây Force mang dòng, hai dây Sense chỉ đo áp nên gần như không có dòng chạy qua và đo đúng điện áp tại chân linh kiện. Quy tắc thực hành:
- Hai dây đủ khi dòng nhỏ và trở kháng linh kiện lớn, ví dụ đo dòng rò diode.
- Bốn dây cần thiết khi dòng lớn: điện áp thuận LED, RDS(on) MOSFET, điện trở shunt. Ở 1 A, chỉ 0,1 Ω điện trở dây và tiếp xúc đã cộng thêm 100 mV sai số.
- Dòng dưới 1 nA: Keysight khuyến nghị adapter banana sang triax (loại 2 dây và 4 dây).
Nếu linh kiện có tụ lớn song song, bật chế độ đo tải dung lớn (high capacitance mode) để SMU không dao động. Phần nguyên lý tại sao SMU đo được dòng pico-ampe được giải thích trong bài SMU là gì và bí quyết đo dòng rò pico-ampe.
Bước 2: đặt giới hạn compliance để bảo vệ linh kiện
Mỗi kênh của thiết bị SMU Keysight đều có giới hạn dòng (khi cấp áp) và giới hạn áp (khi cấp dòng). Khi linh kiện chạm giới hạn, kênh chuyển sang giữ ở giá trị giới hạn thay vì đẩy tiếp; B2902B cũng có thể đặt để tắt đầu ra ngay khi chạm ngưỡng. Theo data sheet, giá trị giới hạn nhỏ nhất là 1 % của dải đang dùng, hoặc 20 mV ở dải 200 mV.
- Diode, LED phân cực thuận: cấp áp tăng dần, đặt giới hạn dòng ở mức dòng định mức của linh kiện. Đặc tuyến diode dốc đứng nên đây là lớp bảo vệ quan trọng nhất.
- Đo điện áp đánh thủng: cấp dòng nhỏ, đặt giới hạn áp dưới mức gây hỏng, rồi đọc áp tại dòng quy ước.
- Kiểm tra đạt/không đạt: B2902B có chức năng limit test, so sánh kết quả với ngưỡng ngay trong máy.
Bước 3: dựng phép quét I-V trên Keysight B2902B
Chức năng quét tích hợp hỗ trợ đủ các tham số tiêu chuẩn: tuyến tính hoặc logarit, quét đơn hoặc quét kép (đi và về), cấp hằng hoặc cấp xung. Màn hình màu 4,3 inch vẽ đặc tuyến ngay trên máy, không cần PC.
- Quét log hợp với đặc tuyến thuận của diode, nơi dòng trải qua nhiều bậc độ lớn.
- Quét kép dùng để phát hiện trễ (hysteresis), ví dụ ở linh kiện hữu cơ hay vật liệu mới.
- List sweep và AWG cho phép tạo tới 100.000 bước với dạng sóng tùy ý.
Với transistor, hai kênh của B2902B đủ cho linh kiện ba cực khi một cực nối về mass chung: kênh 1 quét cực cổng hoặc cực gốc, kênh 2 quét cực máng hoặc cực góp. Cách trích điện áp ngưỡng từ đặc tuyến truyền đạt được trình bày trong bài trích điện áp ngưỡng Vth của MOSFET.
Bước 4: chuyển sang quét xung khi linh kiện tự nung
Ở dòng lớn, linh kiện tự nung làm sai đặc tuyến DC; quét xung chỉ cấp năng lượng trong khoảng rất ngắn. Theo data sheet B2900B, độ rộng xung lập trình nhỏ nhất là 50 µs với độ phân giải 1 µs. Vùng chỉ dùng được ở chế độ xung có giới hạn chặt:
- 6 V / 10,5 A: xung 50 µs – 1 ms, chu kỳ làm việc tối đa 2,5 %.
- 6 V / 5,25 A: xung 50 µs – 3 ms, chu kỳ làm việc tối đa 3 %.
- 180 V / 1,05 A: xung 50 µs – 10 ms, chu kỳ làm việc tối đa 2,5 %.
- 200 V / 1,515 A: xung 50 µs – 2,5 ms, chu kỳ làm việc tối đa 2,5 %.
Để đầu ra ổn định tới 0,1 % dải, data sheet cho độ rộng xung tối thiểu 0,2 ms khi cấp 10,5 A vào tải 0,5 Ω và 1 ms khi cấp 200 V vào tải 200 Ω.
Bước 5: chia ngân sách dòng cho hai kênh
Khi dùng cả hai kênh ở dải 6 V và 21 V, tổng dòng bị giới hạn. Nếu cả hai kênh đều ở mức 6 V trở xuống, dòng kênh 1 cộng dòng kênh 2 không vượt 4 A. Nếu cả hai ở khoảng 6 – 21 V, tổng không vượt 2,5 A. Khi chỉ dùng một kênh, không có giới hạn này. Vì vậy nên để kênh cực cổng mang dòng nhỏ, dồn dòng lớn cho kênh còn lại.
Ghi dữ liệu, tự động hóa và các giới hạn cần biết
B2902B lấy mẫu với khoảng tối thiểu 20 µs (50.000 điểm/giây) và bộ đệm 100.000 điểm, đủ ghi hiện tượng quá độ tần số thấp. Để tích hợp vào hệ thống, máy có USB 2.0, LAN với web server chuẩn LXI, GPIB và digital I/O; bộ lệnh SCPI conventional tương thích phần lớn lệnh Keithley 2400 để giảm công chuyển mã. Chu kỳ hiệu chuẩn khuyến nghị là 1 năm.
B2902B báo giá và lựa chọn thay thế
Nếu cần bổ sung máy đồng bộ với hệ thống đang chạy, B2902B vẫn phù hợp và vẫn được Keysight hỗ trợ sửa chữa, hiệu chuẩn. Với dự án mới, nên cân nhắc model kế nhiệm Keysight B2902C; các phép đo transistor, LED và cảm biến trên B2902C được trình bày trong bài ứng dụng SMU Keysight B2902C.
Về B2902B báo giá: giá phụ thuộc phụ kiện và tình trạng hàng, vui lòng liên hệ báo giá. Techmaster Electronics là đại lý ủy quyền Keysight tại Việt Nam, có phòng hiệu chuẩn đạt ISO/IEC 17025, hỗ trợ hiệu chuẩn định kỳ cho thiết bị SMU Keysight B2902B và các dòng khác trong danh mục sản phẩm Keysight.
Câu hỏi thường gặp
Keysight B2902B có còn được sản xuất không?
Không. Keysight ghi trạng thái “Discontinued / Currently Supported”: ngừng sản xuất nhưng vẫn hỗ trợ kỹ thuật, sửa chữa và hiệu chuẩn. Model kế nhiệm là B2902C.
B2902B đo được dòng nhỏ tới mức nào?
Độ phân giải đo là 100 fA, dải dòng thấp nhất là 100 nA. Với dòng dưới 1 nA, nên dùng adapter banana sang triax.
Có thể cấp 3 A trên cả hai kênh cùng lúc không?
Không. Khi cả hai kênh ở mức 6 V trở xuống, tổng dòng hai kênh tối đa 4 A; ở 6 – 21 V, tổng tối đa 2,5 A.
