¿En qué escenarios es importante medir microamperios?

Uno de una línea de productos con los que trabajé y diseñé fue un teléfono público 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 garantizado que sea más alto); en la condición de colgado , a la unidad solo se le permitía una corriente de fuga de unos pocos microamperios, ya que, de lo contrario, la oficina central detectaría una falla en la línea.

En respuesta al comentario sobre la fuga; Debido al entorno hostil (afuera con mucho calor, mucho frío y mucha humedad), las placas dentro de la carcasa del teléfono público se recubrieron de manera conformada y se usaron conectores sellados contra la humedad.

Claramente, estas unidades debían probarse, ya que la diferencia entre el consumo de corriente colgado y descolgado es diferente en un orden de magnitud, por lo que era 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 deben optimizarse para el consumo de energía, y las corrientes µA están involucradas con frecuencia (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 durante 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 inactivo continuo de más de 2 µA. Muchos micros y RTC contemporáneos son mucho mejores que esto, pero debe medir su ciclo 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 cuando se operan. Di menos de un segundo. Eso es 10 mA pero por un período muy corto, por lo que la energía consumida de la batería es mínima. Por el contrario, solo el drenaje inactivo de 2 µA durante todo un día 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, felizmente medirá 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 HVAC, donde (aparentemente) las únicas corrientes que necesitan medir son las de los sensores de llama. Un modelo de gama alta como el 287 puede con todo. Usé uno para medir las corrientes de referencia en el rango de 0-20 uA cuando estaba trabajando en el desarrollo del proceso de memoria flash. Para los sistemas que funcionan con baterías, 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 una.

Cuando está desarrollando dispositivos de bajo consumo, vale la pena ahorrar cada nanoamperio. Por ejemplo, cuando usa una batería de botón CR2032, tiene alrededor de 200 mAh de capacidad. Una vez desarrollé un dispositivo alimentado por una de esas baterías y tuve que verificar que el microcontrolador estuviera en modo de suspensión (0.6uA) la mayor parte del tiempo. También necesitaba verificar que cuando estaba activo, el consumo de corriente estaba en el rango de 10uA. Además, tuve que verificar que la suma de cada componente en la PCB (en su modo de bajo consumo) coincidiera con la suma de la corriente de reposo indicada en sus hojas de datos.

En resumen, si desea aprovechar al máximo su fuente de energía y estar seguro de que está manejando su hardware/software, debe medir el rendimiento de baja potencia de sus componentes y, por lo general, esta tasa se proporciona 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 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 presenta el DMM 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 uA, pero que es capaz de hacerlo con una carga de voltaje lo suficientemente baja .

Esto es extremadamente importante en aplicaciones de baja potencia o micropotencia, donde los microamperios de corriente se extraen de los rieles de potencia de bajo voltaje.

De hecho, imagine un multímetro digital con un rango de 600 uA con una carga de 100 uV/uA (como mi Fluke 87V): si mide 100 uA extraídos de un riel de 10 V, simplemente introduce una caída de 10 mV en el riel, que 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 POV, no solo importa el rango de corriente para hacer una medida en una aplicación de baja corriente, sino también la impedancia del circuito en el que vas a insertar tu 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, cuando se realiza la caracterización y el modelado de dispositivos semiconductores, las corrientes de fuga (que son fundamentales 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, por sus siglas en inglés). Estas medidas también se utilizan comúnmente en el desarrollo de tecnología para evaluar el rendimiento fundamental de un proceso de semiconductores determinado.

Cuando se opera un microscopio electrónico, a menudo es deseable conocer la corriente del haz con una 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 platina de muestra aislada eléctricamente y la tierra del microscopio. Por supuesto, dicho amperímetro debe poder medir en el rango de corrientes utilizado por el instrumento.

Este es más un caso de nicho 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 así (de este manual de información de Hamamatsu):

En general, estos son leídos por amplificadores de alta impedancia para obtener un voltaje útil (~ 1-10 V) proporcional a la corriente, pero podría imaginar casos en los que desee averiguar cuál de sus PMT está roto y solo desea conectar un multímetro y mueve tu mano sobre el tubo para bloquear la luz y ver la caída de corriente.

Del mismo modo, en cualquier lugar en el que intente mantener una polarización de alto voltaje (pocos kV) en algo (por ejemplo, un electrodo en el vacío), tendrá una corriente de fuga que debe suministrarse para mantener el voltaje estable, generalmente en el rango de microamperios a nanoamperios. también. Una vez más, esto es algo que es poco probable que pueda medir de forma segura con un multímetro digital portátil.

¿Los dispositivos "pro"?

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 está tratando con amperios o, a veces, con mA. Los microamperios son importantes en la electrónica, pero no tanto en el trabajo "eléctrico" profesional.

Pero para los ingenieros y científicos (je, los verdaderos profesionales), las escalas de medidores de microamperios 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 de base de transistores, fotodetectores, amplificadores operacionales y cualquier cosa que involucre resistencias de más de 10,000 ohmios, etc.