¿En qué escenarios es importante medir microamperios?

Con la situación de encontrar un nuevo multímetro, me encontré perdido con la cantidad de dispositivos disponibles en el mercado. Por supuesto, para encontrar el dispositivo más adecuado tengo que establecer algunos requisitos. Al compararlos, llegué al siguiente punto y con esto a mi pregunta:

La mayoría de los dispositivos profesionales solo tienen un rango de amperes con una resolución de 0.001 A (1mA), mientras que los dispositivos semi / hobby tienen rangos para miliamperios e incluso microamperios. Vi reseñas de dispositivos en YouTube, donde el presentador se quejó de la falta de rango de microamperios. Mientras que otra persona en YouTube le dijo a la audiencia que el rango de miliamperios es suficiente. Entonces, aquí mi pregunta a los expertos:

¿Qué tipo de escenarios requieren una medición de microamperios?

Por ejemplo: Al mirar una hoja de datos, una compuerta AND tiene "corriente de fuga de entrada" y corriente de suministro en un rango de microamperios, pero ¿cuándo es necesario medir esta pequeña corriente?

Gracias por todas las respuestas útiles.

Uno de los productos con los que trabajé y diseñé fue un teléfono inteligente; Piense en un microcontrolador que funciona como si fuera un teléfono público.

Estos tenían que operar en un circuito telefónico ordinario, con un suministro garantizado de 20 mA (pero no se garantiza que sea mayor); en la condición de colgado , a la unidad se le permitieron solo unos pocos microamperios de corriente de fuga, ya que la oficina central detectaría una falla en la línea.

En respuesta al comentario sobre la fuga; Debido al ambiente hostil (en el exterior con mucho calor, mucho frío y mucha humedad), los tableros dentro de la carcasa del teléfono público estaban recubiertos de conformidad y usaban conectores sellados contra la humedad.

Estas unidades claramente necesitaban ser probadas, ya que la diferencia entre el consumo de corriente colgado y descolgado es de un orden de magnitud diferente, por lo que fue muy importante confirmar solo unos pocos microamperios colgados.

Otra aplicación es en microcontroladores nuevos de muy baja potencia (parte típica vinculada) donde me gustaría confirmar el consumo de corriente real en los diversos modos de operación y algunos de esos modos están en el rango de microamperios (o menos).

Muchas aplicaciones posibles, esto es solo un par.

Muchos dispositivos que funcionan con baterías necesitan optimizarse para el consumo de energía, y las corrientes µA están frecuentemente involucradas (a veces incluso nA).

Para dar un ejemplo, considere los controles remotos inalámbricos. Pueden tener solo una batería de 3V, 200mAh . Si desea que este control remoto funcione 10 años sin necesidad de cambiar la batería, eso es solo 20 mAh / año. O 0.054 mAh / día, o 0.0022 mAh / hora. Cancelamos las horas y es un tímido drenaje continuo de más de 2 µA. Una gran cantidad de micros y RTC contemporáneos son mucho mejores que esto, pero debe medir su ejecución de producción para verificar que el dispositivo funcione según lo previsto.

Diría que "la duración de la batería no depende de la cantidad de operaciones del control remoto" , bueno, podría, pero el consumo inactivo puede ser más significativo. El transmisor inalámbrico y la MCU dentro del control remoto pueden consumir 10 mA durante un breve período de tiempo cuando funcionan. Di menos de un segundo. Eso es 10 mA pero durante un período muy corto, por lo que la energía consumida por la batería es bastante mínima. Por el contrario, solo el drenaje inactivo de 2 µA durante un día completo requiere más de 16 veces más energía .

Primero, su suposición de que los multímetros profesionales no tienen una escala de microamperios es incorrecta. Un Fluke 287, por ejemplo, medirá felizmente los microamperios. El Fluke 116 solo tiene una escala de microamperios para mediciones de corriente.

Muchos multímetros profesionales están diseñados para casos de uso específicos. El Fluke 116 mencionado anteriormente está dirigido a sistemas de HVAC, donde (aparentemente) las únicas corrientes que necesitan medir son de sensores de llama. Un modelo de gama alta como el 287 puede hacer todo. Usé uno para medir corrientes de referencia en el rango de 0-20 uA cuando estaba trabajando en el desarrollo del proceso de memoria flash. Para los sistemas alimentados por batería, los microamperios son importantes. Pero para la mayoría de los casos de uso, no necesita la escala de microamperios, por lo que no paga más por uno.

Cuando desarrolle dispositivos de baja potencia, vale la pena guardar cada nanoAmpere. Por ejemplo, cuando usa una batería de monedas CR2032, tiene una capacidad de alrededor de 200 mAh. Una vez que desarrollé un dispositivo alimentado por una de esas baterías y tuve que verificar que el microcontrolador pasara al modo de suspensión (0.6uA) la mayor parte del tiempo. También necesitaba comprobar que cuando estaba activo, el consumo actual estaba en el rango de 10uA. Además, tuve que comprobar que la suma de cada componente en la PCB (en su modo de baja potencia) coincidía con la suma de la corriente de reposo indicada por sus hojas de datos.

En resumen, si desea aprovechar al máximo su fuente de alimentación y asegurarse de que está manejando su hardware / software, debe medir el rendimiento de baja potencia de sus componentes, y generalmente esta tasa se da en uA o nA.

Agregaré un giro a las respuestas a su pregunta. Voltaje de carga , también conocido como carga de voltaje .

La carga de voltaje de un rango de corriente de un DMM es el voltaje que se cae a través del DMM mientras se realiza la medición. Se expresa como V / A o mV / mA o unidades similares. Tenga en cuenta que estas unidades son equivalentes a ohmios y es la forma estándar de expresar la resistencia interna que el DMM presenta a los circuitos en ese rango específico.

En algunas aplicaciones no es tan importante saber que su DMM es capaz de medir en el rango de uA, pero es capaz de hacerlo con una carga de voltaje lo suficientemente baja .

Esto es extremadamente importante en aplicaciones de baja potencia o microenergía, donde los microamperios de corriente se extraen de rieles de potencia de baja tensión.

De hecho, imagine un DMM con un rango de 600uA con una carga de 100 uV / uA (como mi Fluke 87V): si mide 100uA extraído de un riel de 10V, simplemente introduce una caída de 10mV en el riel, lo cual es insignificante. Sin embargo, si mide la misma corriente en una línea que transporta una señal de 100 mV, entonces ha alterado esa señal en un 10%, y esto también puede hacer que su circuito deje de funcionar.

Visto desde otro punto de vista, no solo es el rango de corriente lo que importa para hacer una medición en una aplicación de baja corriente, sino también la impedancia del circuito en el que va a insertar su amperímetro. Si el amperímetro tiene una resistencia interna demasiado alta (carga de alto voltaje) alterará significativamente la medición o incluso el funcionamiento del circuito bajo prueba.

Entonces, al elegir un DMM y examinar sus especificaciones actuales, también debe tener en cuenta la carga de voltaje como parámetro.

A menudo, al realizar la caracterización y el modelado de dispositivos semiconductores, las corrientes de fuga (que son críticas para crear un modelo útil y preciso) caerán en el rango de microamperios. Por lo general, estas mediciones se realizarían con una Unidad de medida de fuente de precisión (SMU para abreviar). Dichas mediciones también se usan comúnmente en el desarrollo de tecnología para evaluar el rendimiento fundamental de un proceso de semiconductores dado.

Al operar un microscopio electrónico, a menudo es deseable conocer la corriente del haz a la resolución de unos pocos picoamperios. Las corrientes de haz son pequeñas porque el objetivo de un microscopio electrónico es enfocar un haz de electrones estrecho (y, por lo tanto, de baja corriente) en la muestra, para que el haz interactúe con pequeñas características.

Esto se logra conectando un amperímetro entre una etapa de muestra aislada eléctricamente y la tierra del microscopio. Tal amperímetro, por supuesto, debe poder medir en el rango de corrientes utilizadas por el instrumento.

Este es un caso de nicho más de lo que probablemente le interese, pero para completar: los experimentos de física de alto voltaje a menudo involucran corrientes en el rango de microamperios o nanoamperios, por ejemplo, muchos tubos fotomultiplicadores tienen corrientes de saturación en el rango de 1-10 uA, con curvas de respuesta como esta (de este manual de información de Hamamatsu):

En general, estos son leídos por amplificadores de alta impedancia para obtener un voltaje útil (~ 1-10V) proporcional a la corriente, pero podría imaginarme casos en los que desea averiguar cuáles de sus PMT están rotos y solo desea conectar un multímetro y Mueva su mano sobre el tubo para bloquear la luz y ver la caída actual.

Del mismo modo, en cualquier lugar que intente mantener una polarización de alto voltaje (pocos kV) en algo (por ejemplo, un electrodo al vacío) tendrá una corriente de fuga que debe suministrarse para mantener el voltaje estable, esto generalmente está en el rango de microamperios a nanoamperios también. De nuevo, esto es algo que es poco probable que esté en condiciones de medir de forma segura con un DMM portátil.

¿Los dispositivos "profesionales"?

Creo que por "pro" en realidad son los medidores "electricistas". Cuando alguien está trabajando en el cableado doméstico de 120 V, o trabajando en un automóvil, por lo general se trata de amperios o, a veces, de mA. Los microamperios son importantes en la electrónica, pero no tanto en el trabajo profesional "eléctrico".

Pero para los ingenieros y científicos (heh los verdaderos profesionales), las escalas de microamperímetro son increíblemente importantes. Lo mismo es cierto para los aficionados o cualquier persona que trabaje con circuitos de transistores. Vea todos los ejemplos en las respuestas aquí. Corrientes base de transistores, fotodetectores, amplificadores operacionales y cualquier cosa que involucre resistencias de más de 10,000 ohmios, etc.