Em quais cenários é importante medir o microampere?

Com a situação de encontrar um novo multímetro, eu me perdi com o número de dispositivos disponíveis no mercado. Com certeza, para encontrar o dispositivo mais adequado, tenho que definir alguns requisitos. Ao compará-los, cheguei ao seguinte ponto e com isso à minha pergunta:

A maioria dos dispositivos profissionais possui apenas uma faixa de ampères com uma resolução de 0,001 A (1mA), enquanto os dispositivos semi-hobby têm faixas de miliamperes e até microamperes. Vi análises de dispositivos no YouTube, onde o apresentador reclamou da falta do alcance de micro-ampères. Enquanto outra pessoa no YouTube disse ao público que o alcance de miliamperes é suficiente. Então, aqui está minha pergunta para os especialistas:

Que tipo de cenário exige uma medida de micro-ampères?

Por exemplo: Olhando para uma planilha de dados, uma porta AND possui "corrente de fuga de entrada" e corrente de alimentação na faixa de micro-ampères, mas quando é necessário medir essa pequena corrente?

Obrigado por todas as respostas úteis.

Um de uma linha de produtos com os quais trabalhei e projetado foi um telefone público inteligente; pense em um microcontrolador que opera como se fosse um telefone público.

Eles precisavam operar em um circuito telefônico comum, com um suprimento garantido de 20 mA (mas não com garantia de ser maior); na condição de gancho , a unidade recebeu apenas alguns microamperes de corrente de fuga, pois o escritório central detectaria uma falha na linha.

Em resposta ao comentário sobre vazamento; devido ao ambiente hostil (no exterior, com muito calor, muito frio e alta umidade), as placas no compartimento do telefone público eram revestidas de acordo com as normas e usavam conectores selados à umidade.

Essas unidades claramente precisavam ser testadas, pois a diferença entre o consumo de corrente no gancho e fora do gancho é de ordem de magnitude diferente, portanto, confirmar apenas alguns microamperes no gancho foi bastante importante.

Outra aplicação está em novo, realmente microcontroladores de baixa potência (parte típica ligada), onde eu gostaria de confirmar o sorteio atual nos vários modos de operação e alguns desses modos estão na faixa microampère (ou menos).

Muitas aplicações possíveis, são apenas algumas.

Muitos dispositivos operados por bateria precisam otimizar o consumo de energia, e as correntes µA estão frequentemente envolvidas (às vezes até nA).

Para dar um exemplo, considere controles remotos sem fio. Eles podem ter apenas um bateria de 3V, 200mAh . Se você deseja que este controle remoto funcione 10 anos sem a necessidade de trocar a bateria, são apenas 20 mAh / ano. Ou 0,054 mAh / dia ou 0,0022 mAh / hora. Cancelamos as horas e é um tímido dreno contínuo de mais de 2 µA. Muitos micros e RTCs contemporâneos são muito melhores que isso, mas você precisa medir sua produção para verificar se o dispositivo funciona conforme o esperado.

Você diria "a duração da bateria não depende do número de operações do controle remoto" - bem, poderia, mas o consumo inativo pode ser mais significativo. O transmissor sem fio e o MCU dentro do controle remoto podem consumir 10 mA por um breve período quando operados. Diga menos de um segundo. São 10mA, mas por um período muito curto, portanto a energia consumida pela bateria é mínima. Por outro lado, apenas o dreno ocioso de 2µA por um dia inteiro requer mais de 16 vezes mais energia .

Primeiro, sua suposição de que os multímetros profissionais não possuem uma escala microamp está errada. Um Fluke 287, por exemplo, mede felizmente microamperes. O Fluke 116 possui apenas uma escala de microamp para medições de corrente.

Muitos multímetros profissionais são projetados para casos de uso específicos. O mencionado Fluke 116 é direcionado aos sistemas de HVAC, onde (aparentemente) as únicas correntes que eles precisam medir são os sensores de chama. Um modelo de ponta como o 287 pode fazer tudo. Usei um para medir correntes de referência na faixa de 0 a 20 uA quando eu estava trabalhando no desenvolvimento do processo de memória flash. Para sistemas alimentados por bateria, os microamperes são importantes. Mas para a maioria dos casos de uso, você não precisa da escala microamp, portanto não paga mais por uma.

Quando você está desenvolvendo dispositivos de baixo consumo, vale a pena salvar cada nanoAmpere. Por exemplo, ao usar uma bateria tipo moeda CR2032, você tem cerca de 200 mAh de capacidade. Uma vez eu desenvolvi um dispositivo alimentado por uma dessas baterias e tive que verificar se o microcontrolador entrava no modo de suspensão (0,6uA) na maioria das vezes. Eu também precisava verificar se, quando ativo, o consumo atual estava na faixa de 10uA. Além disso, eu tive que verificar se a soma de todos os componentes no PCB (no modo de baixa potência) correspondia à soma da corrente de repouso declarada em suas folhas de dados.

Em resumo, se você deseja aproveitar ao máximo sua fonte de energia e não se esqueça de manusear seu hardware / software, é necessário medir o desempenho de baixa energia de seus componentes e, geralmente, essa taxa é fornecida em uA ou nA.

Vou adicionar um toque nas respostas à sua pergunta. Tensão de carga , também conhecida como carga de tensão .

A carga de tensão de um intervalo de corrente de um DMM é a tensão que cai no DMM durante a medição. É expresso como V / A ou mV / mA ou unidades semelhantes. Observe que essas unidades são equivalentes a ohms e é a maneira padrão de expressar a resistência interna que o DMM apresenta aos circuitos nessa faixa específica.

Em algumas aplicações, não é tão importante saber que seu DMM é capaz de medir na faixa de uA, mas é capaz de fazê-lo com carga de tensão baixa o suficiente .

Isso é extremamente importante em aplicações de baixa potência ou micropoder, onde microamp de corrente são extraídos de trilhos de baixa tensão.

De fato, imagine um DMM com uma faixa de 600uA com uma carga de 100 uV / uA (como o meu Fluke 87V): se você medir 100uA extraídos de um trilho de 10V, basta introduzir uma queda de 10mV no trilho, o que é desprezível. No entanto, se você medir a mesma corrente em uma linha que transporta um sinal de 100 mV, alterou esse sinal em 10%, e isso também pode fazer com que seu circuito pare de funcionar.

Visto de outro ponto de vista, não é apenas a faixa de corrente que importa para fazer uma medição em uma aplicação de baixa corrente, mas também a impedância do circuito no qual você vai inserir seu amperímetro. Se o amperímetro tiver uma resistência interna muito alta (carga de alta tensão), ele alterará significativamente a medição ou mesmo o funcionamento do circuito em teste.

Portanto, ao escolher um DMM e examinar suas especificações atuais, você também deve levar em consideração a carga de tensão como parâmetro.

Freqüentemente, ao realizar a caracterização e modelagem de dispositivos semicondutores, as correntes de vazamento (que são críticas para criar um modelo útil e preciso) caem na faixa de micro-ampères. Normalmente, essas medições seriam realizadas com uma unidade de medida de fonte de precisão (SMU, abreviado). Tais medidas também são comumente usadas no desenvolvimento de tecnologia para avaliar o desempenho fundamental de um determinado processo semicondutor.

Ao operar um microscópio eletrônico, muitas vezes é desejável conhecer a corrente do feixe com a resolução de alguns picoamp. As correntes de feixe são pequenas porque o objetivo de um microscópio eletrônico é focalizar um feixe estreito (e, portanto, de baixa corrente) de elétrons na amostra, para que o feixe interaja com pequenos recursos.

Isso é feito conectando um amperímetro entre um estágio de amostra isolado eletricamente e o terra do microscópio. Esse amperímetro deve, é claro, ser capaz de medir a faixa de correntes usada pelo instrumento.

É mais um caso de nicho do que você provavelmente está interessado, mas para completar: experimentos de física de alta tensão geralmente envolvem correntes na faixa de microamp ou nanoamp, por exemplo, muitos tubos fotomultiplicadores têm correntes de saturação na faixa de 1 a 10 uA, com curvas de resposta assim ( deste manual de informações do Hamamatsu):

Geralmente, eles são lidos por amplificadores de alta impedância para obter uma tensão útil (~ 1-10V) proporcional à corrente, mas eu poderia imaginar casos em que você deseja descobrir quais de seus PMTs estão quebrados e apenas deseja conectar um multímetro e passe a mão sobre o tubo para bloquear a luz e ver a queda atual.

Da mesma forma, em qualquer lugar em que você tentar manter um viés de alta tensão (alguns kV) em alguma coisa (por exemplo, um eletrodo no vácuo), você terá uma corrente de fuga que deve ser fornecida para manter a tensão estável, geralmente na faixa de microamp a nanoamp também. Novamente, é improvável que você esteja em condições de medir com segurança com um DMM de mão.

Os dispositivos "profissionais"?

Eu acho que por "pro" eles realmente são os medidores "eletricistas". Quando alguém está trabalhando em uma fiação doméstica de 120V ou trabalhando em um carro, geralmente está lidando com amperes ou, às vezes, em mA. Os microamperes são importantes na eletrônica, mas não tanto no trabalho "elétrico" profissional.

Mas para engenheiros e cientistas (heh, os verdadeiros profissionais), as balanças de microampímetros são incrivelmente importantes. O mesmo vale para os aficionados ou qualquer pessoa que trabalhe com circuitos de transistor. Veja todos os exemplos nas respostas aqui. Correntes de base de transistor, fotodetectores, amplificadores operacionais e qualquer coisa que envolva resistores acima de 10.000 ohms, etc ...