- Elettrometro - Nanovoltmetro - Picoamperometro. Strumentazione ad alta sensibilità p.1/22

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1 Strumentazione ad alta sensibilità Motivazioni: Misurare tensioni di piccola entità (inferiori ai microvolt), su sorgenti a elevata impedenza; Misurare correnti di piccola entità (inferiori ai picoampère); Misurare resistenze di elevato valore (oltre il Gigaohm); perché i multimetri sono inadatti Elettrometro Nanovoltmetro Picoamperometro Strumentazione ad alta sensibilità p.1/22

2 Elettrometro Misura: tensioni correnti resistenze quantità di carica. Basato su A.O. con elevatissima resistenza d ingresso; bassissima correnti di polarizzazione/offset in modo da ottenere basso effetto caricante (misura di tensioni su sorgenti a elevata esistenza) e di elevate resistenze; bassa tensione di burden (misura di correnti). Strumentazione ad alta sensibilità p.2/22

3 Elettrometro Stadio di ingresso (voltmetro) senza attenuatore con amplificatore a reazione negativa di tensione serie eventualmente ; fino alle centinaia di teraohm ( fino al teraohm). Strumentazione ad alta sensibilità p.3/22

4 Elettrometro Effetti dei generatori di polarizzazione/offset ), il primo termine è quello prevalente è grande ( se occorre che le correnti di polarizzazione siano basse,,. con Strumentazione ad alta sensibilità p.4/22

5 Elettrometro Effetti del cavo di collegamento della sorgente abbassa la resistenza d ingresso; introduce un attenuazione; produce un transitorio: ) la misura richiede il tempo necessario all estinzione del transitorio.! Strumentazione ad alta sensibilità p.5/22

6 Elettrometro Cavo triassiale Strumentazione ad alta sensibilità p.6/22

7 Coulombimetro Strumento per la misura della carica elettrica (su un condensatore) aperto, aperto, chiuso; chiuso; Strumentazione ad alta sensibilità p.7/22

8 Coulombimetro Effetti dei generatori di polarizzazione/offset 1. teoricamente misurabile; 2. errore sistematico (non eliminabile, né quantificabile) 3. impone lettura di in tempi rapidi. Strumentazione ad alta sensibilità p.8/22

9 Picoamperometro Strumento per la misura di piccole correnti Convertitore correntetensione: errore dovuto a cresce con errore dovuto a diminuisce all aumentare di Strumentazione ad alta sensibilità p.9/22

10 Picoamperometri Nella pratica... Rimozione dell offset (misura e sottrazione) Generatore di tensione interno possibilità di polarizzare il campione sotto misura (caratt. ) Impiegato per la misura di resistenze elevate. Strumentazione ad alta sensibilità p.10/22

11 Misura di piccole resistenze No tensione impressa: variante del metodo a corrente impressa schema di principio: nanovoltmetro nascono problemi con le resistenze dei collegamenti (e di contatto) Strumentazione ad alta sensibilità p.11/22

12 Strumentazione ad alta sensibilità p.12/22 Misura di piccole resistenze (2) nanovoltmetro tensioni di termocoppia (effetto Seebeck)

13 Misura di grandi resistenze HI LO cavo strumento : resistenza di isolamento del cavo; : capacità del cavo; grande! parte di scorre in!! Strumentazione ad alta sensibilità p.13/22

14 Misura di grandi resistenze (2) HI i m LO e 2 1 cavo strumento 3 e sottoposte a d.d.p. nulla (C.V.) e pilotate da generatore ideale di tensione Strumentazione ad alta sensibilità p.14/22

15 Nanovoltmetro Limiti dell elettrometro: La necessità di mantenere basse le correnti di polarizzazione porta a valori non trascurabili di ; L elettrometro non è adatto per misurare tensioni nel range dei nanovolt; strumento specifico: il nanovoltmetro. Sistema di Misura necessità di ridurre il rumore; filtro passabasso ( ). Strumentazione ad alta sensibilità p.15/22

16 Nanovoltmetro Sistema di Misura Effetti del rumore della resistenza di sorgente: valore efficace: Strumentazione ad alta sensibilità p.16/22

17 Nanovoltmetro Per misurare tensioni dell ordine del nanovolt: Riducendo la banda (cioè aumentando la sensibilità è imposta dalle condizioni; ) si riduce il rumore introdotto, ( grande grande grande) sistema lento misure possibili su sorgenti di piccola resistenza Strumentazione ad alta sensibilità p.17/22

18 Strumentazione ad alta sensibilità p.18/22 Nanovoltmetro Osservazioni:

19 Condizioni ideali di misura Sarebbe conveniente: lavorare alla frequenza per cui è minima; lavorare con la resistenza di sorgente per cui è minima. Quadripolo rumoroso Quadripolo non rumoroso È possibile? la tensione da misurare è continua! la resistenza di sorgente è imposta dalle condizioni! Strumentazione ad alta sensibilità p.19/22

20 1 2 Strumentazione ad alta sensibilità p.20/22 Amplificatore a chopper (1) 1 2

21 la tensione Amplificatore a chopper (2) è un onda quadra di ampiezza proporzionale a di frequenza ( ; ) data dalla frequenza di commutazione; l amplificatore ha in ingresso un segnale a frequenza (+ armoniche) l amplificatore vede una resistenza che può essere portata al valore desiderato (agendo sul rapp. spire). possono essere integrati su singolo chip. Strumentazione ad alta sensibilità p.21/22

22 Considerazioni finali tensione di rumore (termico): Strumentazione ad alta sensibilità p.22/22