El pico amperimetro.

Sunday, February 05, 2006







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Funcionamiento del picoamperímetro.

Este circuito denominado picoamperímetro ( Picoammeter) se utiliza en sistemas donde se hace necesario medir corrientes muy bajas, del orden del picoamper (10^-12 amper) .
Este se basa en el uso de un amplificador operacional con un circuito resistivo asociado, como se indica a continuación,
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El amplificador se caracteriza por tener una ganancia A de continua muy grande , y una resistencia de entrada muy grande Ri, en el caso de utilizar el circuito como pico amperímetro se hace necesario que esta resistencia limite la corriente de entrada al amplificador a valores mucho mas bajos del picoamper, luego la corriente I prácticamente atraviesa R1 y Rf.
Se aplico Kirchoff a dos redes la 1 y la 2 y de la deducción se obtuvieron dos ecuaciones importantes la [1] y la [2] que es la ecuación del inversor.
La ecuación que se aplica al pico amperímetro es la [1] , que establece que la tensión de salida es igual a la corriente de entrada multiplicada por la resistencia de realimentación Rf cambiada de signo, el lector puede utilizar esta expresión para calcular el rango del instrumento.
La corriente de entrada es la que se necesita medir, esta se crea por un generador de tensión continua que tiene una resistencia en serie muy grande R1, luego se reemplaza al circuito de entrada por un generador de corriente I, como se indica en el siguiente dibujo,

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Alicaciones.
Este tipo de instrumento es muy especial y caro y se utiliza para el monitoreo de rayos y radiación (Beam monitoring and radiation monitoring), probadores de perdidas de aislamiento en componentes (Leakage current testing in insulators, switches, relays, and other components), opto electrónica (Optoelectronic device testing and characterization) y medición de las características corriente tensión de los semiconductores (I-V measurements of semiconductors and other devices).

Consideraciones prácticas.

Hay un número de fenómenos físicos que generan las corrientes de fugas o perdidas que degradan la exactitud de medidas de corrientes pequeñas. La siguiente figura es un diagrama esquemático de un convertidor de corriente a tensión como lo explicado con los efectos de estas corrientes parásitas modeladas.
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Existe una resistencia entre la entrada y otros puntos del circuito, modelada por la resistencia Rp, que da lugar a una corriente parásita. Valores de resistencia del orden de 10^15 ohm debe ser mantenido entre la señal introducida en el amplificador y las líneas del sistema para trabajar con corrientes bajas del pico amperímetro.

El material con el que se fabrica el circuito impreso, no posee una resistencia de aislamiento grande, debido al material en si y por los restos se substancias que quedan durante la fabricación del mismo, por lo que se opta por conectar las entradas al amplificador operacional a columnas de material aislante como el Teflón blanco.Para el Teflón, un procedimiento de limpieza eficaz consiste en el limpiar la superficie del mimo con el alcohol isopropilo del alto grado y lavarlo con agua desionizada o destilada y luego secarlo en un horno a 80°C por 10 minutos.

Además de resistencia por unidad de volumen y superficial alta, otras características son deseables en el material aislador elegido. La resistencia a la absorción del agua es importante puesto que las películas de agua superficiales reducen drásticamente la resistencia superficial. El aislador elegido debe también exhibir los efectos piezoeléctricos mínimos (emisión de la carga debido a la tensión mecánica) y los efectos triboeléctricos (carga generada por la fricción). Los desequilibrios de la carga generados por estos mecanismos pueden aparecer como corrientes parásitas de la salida. Estos efectos son modelados por el condensador variable Cp en el dibujo anterior. La siguiente tabla enumera varios aisladores y sus características.


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Columna de Teflon.

El siguiente dibujo, nos muestra como conectar el amplificador operacional CA3420 a un conector BNC, que es el mas recomendable para este tipo de instrumento, del mismo se envía un cable lo mas corto posible y que quede en el aire sin que toque ningún punto del equipo a la columna de Teflón, la pata 2, que es la entrada inversora se dobla y también se apoya en la columna, igual que la resistencia Rf, esta posee un elevado valor y el otro extremo se conecta a la salida del amplificador que es un punto de baja impedancia.
Esta disposición circuital, con la columna de Teflón, se utiliza en forma muy similar pero con un circuito algo cambiado a un sistema para medir el pH de una solución.


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Enlaces.

Operational amplifier .

Tecnologia.

CA3420 BiMOS op amp

Picoamperímetro de bajo coste. Profesor Frank de Copenhague.