Keithley 2450 SMU

[taydin]

Keithley 2450 SMU elime ulaştı. Bu cihazı ADC/DAC performans karakterizasyonunda kullanacağım, ama onun dışında da, nerede değişik voltaj ve akım değerleriyle otomatik ölçümler yapılacaksa kullanılabilir. Örneğin yarıiletkenlerin thevenin grafiklerinin (I/V grafiği) çıkarılmasında da işe yarar.

 

[taydin]

Bu cihaz, temelde yüksek doğruluklu 6.5 haneli bir multimetre ve yüksek doğruluklu bir voltaj/akım kaynağıdır. Bunların çalışma parametreleri de otomatik scriptlerle yapılandırılıp bir dizi otomatik ölçüm yapılabiliyor.

Öncelikle multimetrenin doğruluğu nedir görmek için benim 10V luk voltaj referansını çıkardım ve şu anda 1 saattir çalışıyor. 2450 de yaklaşık 1 saattir açık.

10V luk referansı 30 µV hata ile ölçüyor. Bu, cihazın açıklanan performans verilerinden çok daha iyi. 2450 nin voltaj ölçüm doğruluğu %0.015. 10V luk voltaj referansının doğruluğu ise 5 ppm, yani %0.0005. Bu durumda voltaj referansının doğruluğu, 2450 nin doğruluğunun 30 katı.

Ama yapılan ölçüme göre değerlendirirsek, %0.0003 hata ile ölçüm yapmış. Buradan da şunu görüyoruz: Bu tip cihazları üreten firmalar, gerçekten de olabilecek en kötü, en olumsuz senaryoya göre tolerans özelliklerini belirtiyorlar. Benim yaptığım gibi tamamen kontrollü şartlarda (voltaj referansının giriş voltajı 15.000V, sıcaklık 24 °C ve sabit, koaksiyel kablo sayesinde gürültü çok az) ölçüm yapıldığında doğruluk çok daha iyi çıkıyor.

 

[taydin]

Bu arada daha önce benim Rigol DM3068 ile de bu voltaj referansından ölçüm yapmıştım ve onun da doğruluğu baya iyi çıkmıştı. 10.00002V olarak ölçmüştüm. Şimdi tekrar ölçüm ve sonuç 10.0002V. Yani daha önceki ölçüm sonucuna göre 10 kat bir kötüleşme var. Ama gene de cihazın açıklanan tolerans verilerine göre konuşursak, hala bu verilerin dahilinde bir doğrulukla ölçüm yapıyor.

Zaten birçok masa tipi multimetrede tolerans ve doğruluk değerleri belli bir zaman çizelgesine göre veriliyor. 24 saat toleransı, 90 gün tolerans, 1 yıl toleransı ve 2 yıl toleransı gibi. Zaman arttıkça doğruluk da azalıyor. Düzenli olarak kalibrasyonunun yapılıp tekrar o 24 saat toleransına geri döndürmek gerekiyor. Ama benim DM3068 iki yıl oldu alınalı ve kalibrasyonunun yapılma zamanı geldi. Yapılmadığı için de hata oranı artmış.

 

[taydin]

SMU'ların diğer kritik özelliği de keyfi bir voltaj değerini ayarlayabiliyorsunuz ve o voltaj değerini son derece düşük bir hata ile üretiyor.

Örneğin burada ben SMU çıkışını keyfi olarak 4.5V'a ayarladım. Multimetre kısmını da direnç ölçümü yapacak şekilde yapılandırdım.

Sonra da bunu DM3068 ile ölçüp doğruluyorum

DM3068, SMU'nun ürettiği voltajı ölçerken, SMU da direnç ölçüm modunda olduğu için, DM3068'in giriş empedansını ölçüyor.

 

[taydin]

Aynı şekilde SMU'yu belli bir akım üretecek şekilde de yapılandırabiliyoruz.

Örneğin burada ben SMU ya keyfi olarak 6 mA akım ürettiriyorum. Multimetre kısmını da direnç ölçümü yapacak şekilde yapılandırdım.

sonra da bu akımı DM3068 ile ölçüp doğruluyorum

DM3068, SMU'nun ürettiği akımı ölçerken, SMU da direnç ölçüm modunda olduğu için, DM3068'in bu kademedeki şönt direncini ölçüyor.

 

[taydin]

SMU ile çok küçük direnç değerlerinin de ölçülmesi mümkün. Tabi hassas bir ölçüm için mutlaka 4 terminalli (kelvin problu) ölçüm yapmak gerekiyor.

Önce kendi yapmış olduğum kelvin probunu cihaza takıyorum ve uçlarını kısa devre ediyorum.

SMU'ya 200 mA akım ürettirip direnç ölçtürüyorum (4 terminalli modda)

Ölçülen değer 7 µΩ

 

[taydin]

Aslında önemli olsaydı, "relative mode" kullanarak bu 7 µΩ u yok saydırabilirdik. Ama yok saydırmıyorum ve asıl direncini ölçeceğim teli takıyorum kelvin probuna.

Gene yukarıdaki gibi SMU'ya 200 mA akım ürettirip direnç ölçtürüyorum (4 terminalli modda)

Tel parçasının direncini 11.75 mΩ olarak ölçüyoruz. Kelvin prob kullanımı sayesinde okunan direnç değerleri son derece stabil.

Telden geçen 200 mA akım nedeniyle tel hafif ısındığı için direnç değeri önce yavaş yavaş artıyor. Tel ile çevredeki hava arasında bir ısıl denge kurulduktan sonra artık direnç tamamen stabil bir değerde kalıyor. Sadece birkaç µΩ luk değişimler oluyor.

 

[taydin]

SMU ile çok büyük direnç değerlerinin de ölçülmesi mümkün. Elimdeki en büyük direnç olan 40 kV luk voltaj probunu alıyorum. Bunun içindeki direnç 1 GΩ.

Bu sefer SMU'ya 210V voltaj ürettirip direnç ölçtürüyoruz.

 

[taydin]

Elimdeki 330 nF 630V luk polyester kondansatörün izolasyon direncini ölçmeyi denedim. Gene 210V altında. Ama çok geniş aralıkta değişen değerler gösteriyor. 0.6 TΩ diyor, sonra 14 TΩ'a çıkıyor. 210V altında akım değerleri çok küçük olduğu için böyle bir ölçümü düz problarla ve açıkta yapmak mümkün değil demekki. Mutlaka faraday kafesi tarzı bir metal kutuya koymak lazım ve bağlantıları da blendajlı triax kablolarla yapmak lazım.

Ama megger ile bu ölçümü rahatlıkla yapmıştık, çünkü voltaj çok daha yüksek idi (2.5 kV) ve dolayısıyla da akım çok daha yüksek. Gürültünün etkisi şimdiye nazaran çok daha az idi.

 

[taydin]

100 µF, 63V elektrolitik kondansatör bağladım ve SMU'ya 60V ürettirip akım ölçmeyi denedim. Ama aynı megger deneyinde yaptığım gibi seri yüksek bir direnç bağladım (100 kΩ bağladım çünkü beklenen kaçak akım değeri nispeten yüksek olacak). Ölçümü yaparken de 10 ölçüm yaptırıp ortalamasına göre gittim. Kondansatör şarj olmaya başladı. Akım değeri de giderek azalmaya başladı. Akımın belli bir yere oturması için bekledim.

3 dakika sonra akım belli bir değer civarına oturdu. Kaçak akım değeri 6 µA gibi. Bu da elektrolitik kondansatörler için tipik değerdir. Kapasite arttıkça kaçak akım da artacaktır çünkü elektrot yüzeyi artıryor ve ilave kaçak dirençlerin tamamı da paralel bağlanıyor.

 

[taydin]

Farkediyor mu diye 1 MΩ seri direnç ile denedim, 1.58 µA de stabilize oldu. Demekki 100 kΩ az geliyor ve cihaz gürültüden etkileniyor.

 

[ckocagil]

Şu fizik deneyi tam SMU için ve çok başarılı: