Приборы и техника эксперимента, 2021, № 4, стр. 152-153

Для задач, связанных с измерением проводимости и вольт-амперных характеристик кристаллических структур в лабораторных и полевых условиях, разработан измеритель малых токов с автономным питанием. Прибор может использоваться в составе измерительной аппаратуры или автономно. Использование для этих целей универсальных приборов (пикоамперметр A2-1, электрометрический вольтметр В7-49) не всегда целесообразно в связи с необходимостью сети и высокими массогабаритами.

Принципиальная схема прибора представлена на рис. 1. Измеритель выполнен на микросхеме М₁ сдвоенного операционного усилителя LM6042, имеющего входной ток 2 фА, ток потребления от источника питания <50 мкА. Малый ток потребления позволяет использовать для двуполярного питания две литиевые батарейки LIR2032 (CR2032) напряжением ±3.7 В и емкостью 0.22 А · ч.

Рис. 1.

Принципиальная схема измерителя. M₁ – LM6032; R₄, R₆ – СП3-19а; К₁, К₂ – микротумблеры MTS-103, MTS-203 соответственно; Б₁, Б₂ – CR2032.

Усилитель выполнен по типовой схеме трансимпедансного усилителя. Первый каскад М_1-1 преобразует входной ток в напряжение с коэффициентом 1 В/пкА и 1 В/100 пкА соответственно для шкал 1 и 100 нА. Второй каскад М_1-2 с коэффициентом передачи –1 используется для коррекции смещения нуля и масштаба всего тракта соответственно переменными резисторами R₄ и R₅. Резисторы R₁ и R₆ – защитные для входа и выхода прибора. Трансимпедансные резисторы R₂ = = 1 ГОм и R₃ = 10 MОм – чипы типа VISHAY CRHV1206, допуск 1%, температурный коэффициент 10^–4 °С^–1. Во избежание утечек ножка 2 (инверсный вход микросхемы М_1-1) отогнута, и монтаж высокоомных цепей микросхемы М_1-1 выполнен “по воздуху”.

Печатная плата размещена в металлическом корпусе размером 50 × 50 × 44 мм. На передней панели прибора установлены разьем LEMO для подключения входного сигнала, минитумблеры K₁, K₂ для включения/выключения питания и переключения диапазона, клемма заземления корпуса.

Подстройка нуля и масштаба проводилась при подаче на вход напряжения через внешний резистор 1 ГОм и измерении выходного сигнала интегрирующим вольтметром. Класс используемых приборов 0.25%, допуск на резистор 1%.

В комплект прибора входит мультиметр с погрешностью в режиме измерения напряжения <0.5% (MASTECH MY65). При измерении проводимости высокоомных материалов в ручном режиме прибор включается в разрыв нулевой шины, выходной сигнал измеряется мультиметром. В режиме автоматического измерения вольт-амперной характеристики выходной сигнал подключается к компьютеру через подходящую плату ввода аналоговых сигналов. Для снижения помех необходимо использовать для ввода интегрирующие (дельта-сигма) аналого-цифровые преобразователи, способные полностью подавить помеху 50 Гц.

Технические характеристики прибора. Две шкалы измерения: 1 и 100 нА; входной сигнал ±(1 пкА–100 нА), выходной сигнал 0 ± 1 В; погрешность измерения не более 2% ± 2 пкА на шкале 1 нА и 2% ± 200 пкА на шкале 100 нА; ток потребления <100 мкА; полоса пропускания ~ 100 Гц; время установления <5 мс.

Адрес для справок: Россия, 383090, Новосибирск, ул. Коптюга, 1, Институт автоматики и электрометрии СО РАН. E-mail: vvn @.iae.nsk.su