Twój teraomomierz i pikoamperomierz

Grudniowy Mikroomomierz pokazał, jak w prosty sposób mierzyć rezystancje skrajnie małe, już od 1 mikrooma. Teraz zajmiemy się pomiarem skrajnie małych prądów i skrajnie wielkich rezystancji. I też wykorzystamy do tego zaskakująco proste wyposażenie, dostępne dla dosłownie każdego elektronika.

W ramach proponowanego projektu będziemy mierzyć naprawdę małe prądy i naprawdę duże rezystancje. Dziś każdy, nawet mało zaawansowany hobbysta, bez problemu może mierzyć rezystancje powyżej 1 gigaoma czyli ponad 1000 megaomów. Do tego nie trzeba żadnego specjalnego sprzętu. Wystarczy to, co każdy elektronik zawsze ma pod ręką: multimetr i zasilacz.

Zdecydowanie trudniejszy jest pomiar rezystancji o wartości ponad 100 gigaomów, czyli 100000 MΩ.

Podczas eksperymentów spróbujemy zmierzyć się z różnymi niełatwymi zadaniami. Dowiesz się, że od dawna masz w warsztacie pikoamperomierz. Przekonasz się, że pomiar rezystancji do 1 teraoma (1000 gigaomów, 1000000 megaomów) jest możliwy w warunkach amatorskich, ale występują przy tym różne problemy, które jakoś trzeba rozwiązać.

Co niezmiernie ważne, doświadczenia wyniesione z przedstawionych dalej eksperymentów są bezcenne dla każdego praktykującego elektronika!

Imponujące wyniki pomiarów

Fotografia tytułowa pokazuje pomiar miniaturowego rezystora oznaczonego 1G0K, czyli o nominale 1,0 gigaoma (1000 MΩ) i tolerancji 10%, wymontowanego z mikrofonu pojemnościowego (mikrofony Tonsil MCO-51 i MCU-53 zawierały po dwa takie rezystory). Wskazanie multimetru 107,4 odpowiada prądowi 10,74 nanoampera, a to przy napięciu zasilania 10,0 V pozwala obliczyć rezystancję badanego rezystora równą 0,931 GΩ, co dobrze mieści się w tolerancji ±10%.

Na wyświetlaczu widzimy cztery cyfry, co wskazuje, że w ten sposób można mierzyć rezystancje nawet tysiąc razy większe, czyli do jednego teraoma! Stąd teraomomierz w tytule artykułu.

Fotografia 1 pokazuje wyniki pomiaru prądu wstecznego popularnej diody 1N4148 przy napięciu wstecznym 5,0 V oraz 30,0 V. Zwykle uważamy, że takie diody mają pomijalnie mały prąd wsteczny.

Co to jednak znaczy „pomijalnie mały”? W pierwszym przypadku wskazanie 17,1 oznacza prąd 1,71 nA, w drugim wskazanie 41,0 to prąd 4,1 nA.

Inne testowane egzemplarze miały większy prąd wsteczny, co zresztą zgadza się z informacjami z kart katalogowych, które podają, że w temperaturze pokojowej i napięciu wstecznym 20 V, maksymalny prąd wsteczny może wynosić do 25 nA.

Dla porównania na fotografii 2 widać analogiczny pomiar prądu upływu złącza diodowego kolektor – baza w popularnym tranzystorze BC548B.

Wskazanie 0,00 sugeruje, że w tym przypadku prąd upływu jest mniejszy niż 10 pikoamperów! Nieprzypadkowo w niektórych specyficznych zastosowaniach zamiast diod wykorzystuje się złącza B-C tranzystorów bipolarnych albo złącza diodowe tranzystorów JFET.

(…) ciach!

To jest tylko początek, zapowiedź artykułu, którego pełna wersja ukazała się z numerze lutowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 2/2023). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełna wersja czasopisma umieszczona jest na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 2/2023 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki