Một điốt chỉ cần một nguồn và một phép đo. Nhưng khi vật đo là MOSFET, BJT, bộ ghép quang hay một cảm biến cần kích thích riêng, bạn phải điều khiển hai điểm cùng lúc và đọc cả hai. Keysight B2902C là SMU để bàn hai kênh, mỗi kênh vừa phát vừa đo áp và dòng, nên các bài đo ba cực và bài đo “kích thích – đáp ứng” gói gọn trong một khung máy. Bài này đi qua bốn ứng dụng thực tế tận dụng kênh thứ hai, cách nối dây, cách dựng phép quét lồng nhau và những lỗi hay làm sai số liệu.
Keysight B2902C: thông số cần biết trước khi dựng bài đo hai kênh
Theo trang sản phẩm của Keysight, B2902C có hai kênh, mỗi ngõ ra phát được tới 210 V và 3,0 A DC, hoặc 10,5 A ở chế độ xung. Độ phân giải đo nhỏ nhất là 100 fA / 100 nV, độ phân giải phát nhỏ nhất 1 pA / 1 µV. Máy lấy mẫu với khoảng nhỏ nhất 20 µs, tương đương tối đa 50 kSa/s, hoạt động bốn góc phần tư, có chức năng phát xung và phát dạng sóng tùy ý. Màn hình màu 4,3 inch hiển thị dạng số hoặc đồ thị, phần mềm điều khiển từ PC đi kèm và máy nhận lệnh SCPI.
Nói cách khác, B2902C thông số trên từng kênh giống hệt bản một kênh B2901C; điểm khác là hai kênh nằm chung một khung, chung cơ sở thời gian. Nếu bạn đang cân nhắc giữa hai model, bài so sánh B2902C với B2901C đã phân tích riêng câu hỏi đó; bài này tập trung vào cách dùng. Các bài đo hai cực như I-V điốt, dòng rò hay pin mặt trời đã được trình bày trong bài ứng dụng SMU Keysight B2901C và áp dụng nguyên vẹn cho từng kênh của B2902C.
Ứng dụng 1: họ đặc tuyến ra của MOSFET và BJT
Đây là bài đo kinh điển của một thiết bị đo và cung cấp tín hiệu SMU Keysight hai kênh, và cũng là ứng dụng “ba cực” mà Keysight nêu trong danh sách ứng dụng của B2902C.
- Kênh 1 nối cực cổng (hoặc base): phát áp theo bậc cho MOSFET, hoặc phát dòng theo bậc cho BJT.
- Kênh 2 nối cực máng (hoặc collector): quét áp từ 0 lên mức cần khảo sát và đo dòng tại mỗi điểm.
- Cực nguồn (hoặc emitter) nối về đầu Low chung của hai kênh.
- Quét lồng nhau: với mỗi bậc của kênh 1, kênh 2 quét hết một lượt. Kết quả là một họ đường cong ID–VDS hoặc IC–VCE.
Đặt giới hạn tuân thủ (compliance) cho cả hai kênh. Kênh cổng nên có giới hạn dòng nhỏ để nếu lớp oxit cổng bị đánh thủng, dòng không đủ phá hỏng hoàn toàn mẫu. Kênh máng đặt giới hạn dòng theo công suất linh kiện chịu được. Với dòng lớn, dùng chế độ xung để lấy điểm đo trước khi linh kiện kịp nóng lên; độ rộng và chu kỳ xung cho phép cần tra trong data sheet B2900C.
Ứng dụng 2: đặc tuyến truyền đạt và điện áp ngưỡng
Đảo vai hai kênh: kênh 2 giữ VDS cố định (thường ở mức nhỏ cho vùng tuyến tính), kênh 1 quét VGS. Đường ID–VGS thu được dùng để trích điện áp ngưỡng, hỗ dẫn và độ dốc dưới ngưỡng. Vì độ phân giải đo xuống tới 100 fA, phần đuôi dưới ngưỡng và dòng rò khi khóa hiện rõ hơn trên thang log. Các phương pháp trích Vth (ngoại suy tuyến tính, dòng không đổi, cực đại hỗ dẫn) được so sánh chi tiết trong bài trích điện áp ngưỡng Vth của MOSFET.
Mẹo: đo đồng thời dòng ở kênh 1. Dòng cổng tăng bất thường trong khi quét là dấu hiệu lớp oxit có vấn đề, và làm sai cả kết quả dòng máng.
Ứng dụng 3: LED, photodiode và bộ ghép quang
Kênh thứ hai biến B2902C thành một hệ “phát sáng – thu sáng” gọn gàng:
- LED và photodiode ghép cặp: kênh 1 phát dòng quét qua LED và đo áp thuận; kênh 2 giữ photodiode ở phân cực ngược (hoặc 0 V) và đo dòng quang. Hai đường cong I-V của LED và dòng quang theo dòng kích thích được lấy trong cùng một lượt quét.
- Bộ ghép quang (optocoupler): kênh 1 cấp dòng cho LED phía vào, kênh 2 cấp áp cho transistor phía ra và đo dòng collector. Tỉ số hai dòng là hệ số truyền dòng CTR theo dòng vào.
- Dòng tối của photodiode: tắt kênh 1, để kênh 2 đo ở vùng pico-ampe. Che sáng kỹ và chờ đủ thời gian ổn định.
Vì hai kênh chung cơ sở thời gian, không phải xử lý độ lệch kích hoạt giữa hai máy rời. Khoảng lấy mẫu 20 µs còn cho phép số hóa đáp ứng quá độ khi bật, tắt LED.
Ứng dụng 4: cảm biến cần kích thích riêng và pin
Nhiều cảm biến cần một nguồn kích thích ổn định ở một nhánh và đọc tín hiệu ở nhánh khác. Kênh 1 cấp áp hoặc dòng kích thích cho cầu điện trở, cảm biến áp trở hay cảm biến khí; kênh 2 đo áp ra ở chế độ phát 0 A (vôn kế trở kháng cao) hoặc đo dòng ra. Khi quét kích thích, bạn thấy luôn độ tuyến tính và độ tự nung của cảm biến.
Với pin và siêu tụ, khả năng bốn góc phần tư cho phép một kênh vừa nạp vừa xả. Kênh còn lại dùng để giám sát điện áp tại một điểm khác trên mạch thử, hoặc chạy song song một mẫu thứ hai để so sánh.
Nối dây và dựng phép quét trên hai kênh
- Nối bốn dây (Kelvin) khi dòng lớn hoặc cần đo áp chính xác tại chân linh kiện. Keysight cho biết dòng B2900C hỗ trợ đo hai dây và bốn dây; dây Sense phải chạm càng gần chân linh kiện càng tốt.
- Dùng guard và cáp có màn chắn khi đo dòng nhỏ. Guard giữ lớp chắn cùng điện thế với dây tín hiệu nên dòng rò qua cách điện của cáp không lọt vào phép đo.
- Nối chung đầu Low của hai kênh tại một điểm gần vật đo, tránh tạo vòng đất.
- Chọn thời gian tích phân và thời gian chờ theo mức dòng: dòng càng nhỏ càng cần đo chậm và chờ ổn định sau mỗi bước.
- Chạy thử với mức thấp và giới hạn tuân thủ chặt trước khi mở rộng dải quét.
Năm lỗi thường gặp với SMU hai kênh
- Quên giới hạn tuân thủ ở kênh cổng. Một cú đánh thủng oxit có thể biến mẫu duy nhất thành phế phẩm.
- Tự nung khi quét dòng lớn ở chế độ DC. Đường cong bị “cong xuống” do nhiệt, không phải do linh kiện; chuyển sang xung.
- Nối đất hai kênh ở hai nơi khác nhau. Vòng đất cộng nhiễu vào kết quả, rõ nhất ở vùng pico-ampe.
- Đo dòng nhỏ quá nhanh. Dòng nạp của điện dung cáp và đồ gá bị đọc thành dòng rò.
- Nhầm độ phân giải với độ chính xác. 100 fA là bước nhỏ nhất máy phân biệt được; độ chính xác theo từng dải cần tra data sheet.
B2902C giá và cách chọn cấu hình
Mức B2902C giá phụ thuộc cấu hình, phụ kiện đồ gá và cáp đi kèm, vì vậy hãy liệt kê bài đo trước: linh kiện hai cực thì một kênh có thể đủ; transistor, bộ ghép quang, cảm biến cần kích thích riêng thì kênh thứ hai là cần thiết. Xem đầy đủ thông số Keysight B2902C trên trang sản phẩm, hoặc danh mục thiết bị đo Keysight.
Cần tư vấn đồ gá, cáp đo dòng nhỏ hoặc báo giá nguồn-đo SMU B2902C? 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. Vui lòng liên hệ để nhận báo giá.
