Trek 800 Series - Một loại vôn kế mới có trở kháng vào siêu cao và phép đo không tiếp xúc

Giới thiệu:

Vôn kế sử dụng để đo điện áp trong mạch điện tử, thu thập thông số hệ thống và các ứng dụng tĩnh điện. Bởi sự cần thiết, tất cả vôn kế có đầu vào trở kháng cao, nhưng ở một vài ứng dụng mà yêu cầu tải là rất nhỏ, đầu vào trở kháng cao là bắt buộc. Trong các ứng dụng điện áp tĩnh điện, cho phép không có tải và trong trường hợp này vôn kế không tiếp xúc với đối tượng cần đo. Tuy nhiên, thế hệ vôn kế như được miêu tả dưới đây bây giờ đã có. Mẫu vôn kế mới này cung cấp trở kháng đầu vào đặc biệt siêu cao và dung kháng đầu vào thấp để họ có thể sử dụng cả trong ứng dụng thông thường và đo tĩnh điện.

Giới thiệu về vôn kế mới

 Thông thường vôn kế được sử dụng cho hầu hết các phép đo lường điện tử, sử dụng một bộ khuyếch đại đệm, một bộ chuyển đổi tương tự- số và một màn hình hiển thị. Kiểu vônkế sử dụng hai đầu đo tiếp xúc thụ động có trở kháng đầu vào khoảng 10⁵ - 10⁸W. Đây là loại được phụ vụ nhiều ứng dụng khá tốt và là loại được dùng nhiều nhất ngày nay. Thiết bị đo điện áp từ vài milli V- vài kV.

 Ở một vài ứng dụng trở kháng cao, vôn kế thường trở thành một mạch phụ tải đáng kể làm cho kết quả phép đo không được chính xác. Do đó loại vôn kế có trở kháng cao là cần thiết cho những ứng dụng này. Ví dụ như các bộ khuyếch đại cao,hệ thống, bao gồm các cảm biến sinh học mà đo đối tượng rất nhỏ. Trong những trường hợp này , cần thiết để sử dụng một đồng hồ đo trở kháng đầu vào rất cao(>>1GW ). Một vài ứng dụng, như đo điện trỏ manheto, là rất khó bởi vì sẽ có sự tổn thất xảy ra từ phần đầu đo tiếp xúc sẽ có một điện áp chuyển tiếp đến vôn kế hoặc từ sự xả tĩnh điện (ESD- electrostatic discharge) xảy ra sau khi tiếp xúc.

 Trở kháng vào và điện dung vào thông thường của vôn kế rất nhanh hút lấy điện tích của đối tượng được đo. Như một ví dụ, cần một thiết bị đo điện áp bề mặt trên gói chíp bán dẫn. Thông thường, mức điện tích vào cỡ khoảng nC(nano cunông) có thể được lưu trữ khoảng xấp xỉ một vài pF. Sử dụng đầu đo với điện dung khoảng 1pF sẽ thực hiện việc đo bằng cách chuyển phần lớn các điện tích từ đối tượng kiểm tra khi tiếp xúc. Hơn nữa, một đầu đo trở kháng vào cỡ 10⁹ W sẽ hút lấy điện tích từ hệ thống  trong  cỡ mili giây, làm cho việc đo trở lên vô ích.

 Thông thường, trong các phép đo tĩnh điện được thực hiện bởi các đầu đo không tiếp xúc mà được đặt ở gần đối tượng cần đo. Bởi vì đầu đo không tiếp xúc với đối tượng kiểm tra, lên sẽ có trở kháng vào rất cao(>>10¹²W) và điện dung thấp(<<1pF). Do đó sử dụng đo điện áp ở cấp độ trong khoảng vài V- kV và có thể đo giá trị điện áp trên diện tích trung bình kích cỡ xấp xỉ 0.5-2cm². Ở một vài ứng dụng, như nhiếp ảnh điện tử, kích cỡ đốm nhỏ và đo điện áp thấp sẽ khá hữu ích, có thể dễ dàng thực hiện bằng cách sử dụng loại vôn kế loại mới này.

Mô tả sự hoạt động của công nghệ mới này.

 Thiết bị Trek Model 800 và Model 820 được thiết kế nhằm cung cấp đặc tính hoạt động này. Nó sẽ có hai bộ, sử dụng công nghệ tự khởi động để gần như sẽ loại bỏ sự ảnh hưởng của tải do tiếp xúc thông thường của vôn kế. Mạch thiết kế đã được thực hiện để giảm thiểu sự ảnh hưởng của điện dung đầu vào và nguồn điện ngoài(như điện áp đường dây). Ở đây bổ sung thêm mạch bù cho việc bù đắp lại.

Công nghệ mạch tự khởi động: bao gồm việc nâng cao nối đất và điện áp nguồn của mạch khuyếch đại mẫu điện áp đầu vào và điện áp đo đầu vào. Hình 2, đầu ra của bộ khuyếch đại bằng điện áp trên mẫu đo. Điện áp này được áp dụng cho mạch nguồn(nguồn của mạch tự khởi động ) để tạo ra điện áp tham chiếu Udd +V và V. Đầu đo tiếp cận với đối tượng cần đo, đối tượng gây ra điện áp của nó lên đầu đo. Bởi thời gian đầu đo tiếp xúc với vật mẫu được kiểm tra, sẽ không có sự khác biệt về điện áp giữa đối tượng và đầu đo hoặc giữa đối tượng và lá chắn đầu đo. Điều này làm giảm đáng kể những tác động của điện trở hoặc điện dung tải của đối tượng cần đo bởi vôn kế cũng loại trừ khả năng của việc ESD với lá chắn đầu đo.

Hiệu chỉnh bù điện áp đầu vào: đây là nguồn điện áp DC rất nhỏ bị sai lệch mà ta cần phải hiệu chỉnh. Một nút bấm trên bảng điều khiển và trên đầu đo cho phép người sử dụng đặt về chế độ tự động hiệu chỉnh điện áp vào. Mạch này điều khiển ngắt tất cả điện tích của điện dung đầu vào trong khi đầu đo kết nối điểm zero pad ở trên thân vôn kế. Sau khi điểm zero pad được thực hiện, máy sẽ được khôi phục hoạt động bình thường  và sẽ đọc đầu vào về 0V.

Hiệu chỉnh dòng phân cực vào: đầu vào bộ khuyếch đại của vôn kế có dòng phân cực vào xấp xỉ 2fA(femto Amp). Giá trị của nó là rất nhỏ đối với trường hợp của Model 820, nó đủ để có thể ghi nhận được. Dòng phân cực ngược sẽ nạp điện cho điện dung vào tuyến tính hơn và sẽ đại diện cho một lượng điện áp được thêm bổ sung vào. Giá trị này <6V/phút. Hơn nữa , độ lệch điện áp sẽ được loại bỏ với mỗi lần đo, điện áp đầu vào sẽ được hiệu chỉnh bởi người dùng.

Trong trường hợp của Model 800, mạch bổ sung được thêm vào để hủy bỏ dòng này, làm cho điện áp lệch trên không được đo. Khi Model 800 thực hiện một thao tác đo mà giá trị không xác định, nó đo dòng phân cực đầu vào và đặt bằng giá trị này nhưng ngược pha với đầu vào của nó, vì vậy nó sẽ hủy bỏ được độ lệch này.

Ứng dụng:

• Đọc chính xác điện áp tĩnh điện ESD trên mâm bán dẫn , các bộ phận đóng  gói và đầu MR.
• Đo sự phân bố điện tích bề mặt ở phép đo ảnh điện tử. Với đầu đo được thiết kế cho phép đo không tiếp xúc, Model 820 có thể đo sự đồng đều điện tích. Máy cung cấp độ phân giải min hơn so với vôn kế thông thường. Chức năng zero sẽ giúp cải thiện độ chính xác cho phép đo.
• Kiểm tra điện áp ESD trên các thiết bị nhạy cảm: chủ yếu là trong ngành công nghiệp bán dẫn, thiết bị bị sai sót vì ESDtrong quá trình xủ lý và gia công. Model 820 sử dụng công nghệ đo không tiếp xúc giúp việc đo lường điện áp ESD một cách chính xác trên thiết bị nhạy cảm. Điện áp do trên chíp bán dẫn , đầu cảm biến MR và một vài ví dụ khác.
• Đo lường điện thế trên các tế bào trong các ứng dụng sinh học mà không làm nhiễu loạn sinh vật được nghiên cứu
• Các ứng dụng khác bao gồm: 
• Xử lý bột(hóa chất, dược phẩm, gốm và các vật liệu khác)
• Sơn tĩnh điện/ lớp phủ
• Tiềm năng tĩnh điện trên phim, polyme và giấy
• Kiểm tra và đo lường, thiết bị đo
• Đánh giá vật liệu
• Kiểm soát chất lượng
• Máy tự động, hàng không vũ trụ
• Ứng dụng R&D