안녕하세요, Tektronix & Keithley 공식대리점 사이텍 입니다.
Keithley의 DC 장비군은 여러 연구기관 및 학교, 업체에서 사용되고 있으며, 각자의 연구 목적에 맞는 다양한 어플리케이션에 적용되어 기초과학 발전에 많은 도움을 드리고 있습니다.
사이텍에서도 이러한 추세에 발 맞추어 장비의 기술지원 및 프로그래밍 등을 지원하고 있으며, 좀더 많은 분들에게 도움을 드리고자 측정과 관련된 내용들에 대하여 정리를 해보려 합니다
기술적인 내용은 Keithley의 Low Level Measurement Handbook 7th Edition의 내용을 참조하였으며, 지금까지 쌓아온 경험을 바탕으로 글을 적어가도록 하겠습니다.
DC 전압, DC 전류, 저항은 일반적으로 디지털 멀티미터(DMM)를 이용하여 측정합니다. 이 장비는 전압 및 전류의 신호레벨이 1uV or 1uA 보다 높은 경우, 또는 1GOhm 이하의 저항 측정에 주로 사용합니다. 하지만 보다 낮은 레벨의 신호를 측정하기에는 이론적인 한계에 부딪히며, 이러한 신호의 측정을 위하여 일렉트로미터, 피코암페어미터, 나노볼트미터와 같은 장비들이 필요합니다.
이번장에서는 이러한 장비들의 기본 개념과 상세 스펙에 관한 용어 및 구조에 대하여 정리해보도록 하며, 그 이전에 모든 DC 측정 장비에 적용되는 이론적인 측정한계에 관하여 알아보겠습니다.
이론적인 측정한계
모든 측정에서 감도의 이론적 한계는 회로에 존재하는 저항에서 발생하는 노이즈에 의하여 결정됩니다. 그 중에서 전압 노이즈는 저항, 대역폭 및 절대 온도의 제곱근에 비례합니다. 그림 1-2는 상온(300K)에서의 이론적인 전압 측정 한계 그래프로서, 높은 소스 저항을 가질수록 측정의 감도가 제한되는 것을 알 수 있습니다. 소스 저항이 1ohm인 조건의 1µV 신호는 측정할 수 있지만, 1Tohm의 소스저항에서는 동일한 1µV 신호 레벨을 측정할 수 없습니다. 훨씬 낮은 1Mohm의 소스 저항을 사용하더라도 1µV 측정은 이론적 한계에 가깝기 때문에 일반 DMM을 사용하는 것은 매우 어렵습니다.
그림 1.2 : 전압측정의 이론적인 한계
전압 또는 전류 감도가 충분하지 않을 뿐만 아니라 (대부분의 DMM은 1µV or 1nA보다 민감도가 높음) DMM은 전압 측정 시 입력 바이어스 전류가 높고, 낮은 레벨의 DC 측정을 위한 다른 계측기에 비해 입력저항이 낮습니다. 이러한 특성은 측정오차를 발생하게 됩니다.
위와 같은 DMM의 특성을 고려할 때, 그림 1-3과 같이 이론적인 측정 한계치에 가까운 수준에서 신호를 측정하는데 DMM을 사용할 수는 없습니다. 그러나 소스저항이 1Mohm 이하이거나 원하는 분해능이 0.1µV (소스 저항이 낮은 경우) 이하인 경우에는 DMM을 사용해도 좋습니다. 보다 높은 수준의 전압 민감도가 필요하고 소스저항이 낮을 경우, 나노볼트미터를 사용하여 측정의 이론적 한계에 훨씬 근접한 수준에서 측정하는 것이 가능합니다. 소스저항이 매우 높은 경우에 (ex.1Tohm) DMM은 전압측정에 적합하지 않습니다. DMM의 입력저항 범위는 10Mohm ~ 10Gohm이며, 1Tohm의 소스저항보다 작기 때문에 심각한 입력로드 에러가 발생합니다. 또한 입력전류는 일반적으로 큰 전압 오프셋을 생성합니다. 그러나 일렉트로미터 또는 고임피던스 SMU는 입력저항이 훨씬 높기 때문에 이론적 한계에 근접하는 수준에서 전압을 측정할 수 있습니다. 낮은 레벨의 전류측정에서도 유사한 상황이 존재합니다. DMM은 일반적으로 입력전압 강하가 높아 낮은 수준의 전류 측정에 영향을 미치며, DMM의 분해능은 일반적으로 1nA 이하입니다. 따라서 입력전압 강하가 훨씬 적고 감도가 더 좋은 일렉트로미터 또는 피코암페어미터는 저전류 측정의 이론적 한계에 훨씬 가까운 수준에서 측정이 가능합니다.
그림 1.3 : 다양한 소스저항에 따른 일반적인 DMM, 나노볼트미터, 일렉트로미터의 측정한계
이와 같이 측정장비의 측정한계에 대하여 알아보았습니다. 다음에는 위에서 언급한 장비들의 정의에 관하여 알아보도록 하겠습니다. 감사합니다.
안녕하세요, Tektronix & Keithley 공식대리점 사이텍 입니다.
Keithley의 DC 장비군은 여러 연구기관 및 학교, 업체에서 사용되고 있으며, 각자의 연구 목적에 맞는 다양한 어플리케이션에 적용되어 기초과학 발전에 많은 도움을 드리고 있습니다.
사이텍에서도 이러한 추세에 발 맞추어 장비의 기술지원 및 프로그래밍 등을 지원하고 있으며, 좀더 많은 분들에게 도움을 드리고자 측정과 관련된 내용들에 대하여 정리를 해보려 합니다
기술적인 내용은 Keithley의 Low Level Measurement Handbook 7th Edition의 내용을 참조하였으며, 지금까지 쌓아온 경험을 바탕으로 글을 적어가도록 하겠습니다.
DC 전압, DC 전류, 저항은 일반적으로 디지털 멀티미터(DMM)를 이용하여 측정합니다. 이 장비는 전압 및 전류의 신호레벨이 1uV or 1uA 보다 높은 경우, 또는 1GOhm 이하의 저항 측정에 주로 사용합니다. 하지만 보다 낮은 레벨의 신호를 측정하기에는 이론적인 한계에 부딪히며, 이러한 신호의 측정을 위하여 일렉트로미터, 피코암페어미터, 나노볼트미터와 같은 장비들이 필요합니다.
이번장에서는 이러한 장비들의 기본 개념과 상세 스펙에 관한 용어 및 구조에 대하여 정리해보도록 하며, 그 이전에 모든 DC 측정 장비에 적용되는 이론적인 측정한계에 관하여 알아보겠습니다.
이론적인 측정한계
모든 측정에서 감도의 이론적 한계는 회로에 존재하는 저항에서 발생하는 노이즈에 의하여 결정됩니다. 그 중에서 전압 노이즈는 저항, 대역폭 및 절대 온도의 제곱근에 비례합니다. 그림 1-2는 상온(300K)에서의 이론적인 전압 측정 한계 그래프로서, 높은 소스 저항을 가질수록 측정의 감도가 제한되는 것을 알 수 있습니다. 소스 저항이 1ohm인 조건의 1µV 신호는 측정할 수 있지만, 1Tohm의 소스저항에서는 동일한 1µV 신호 레벨을 측정할 수 없습니다. 훨씬 낮은 1Mohm의 소스 저항을 사용하더라도 1µV 측정은 이론적 한계에 가깝기 때문에 일반 DMM을 사용하는 것은 매우 어렵습니다.
그림 1.2 : 전압측정의 이론적인 한계
전압 또는 전류 감도가 충분하지 않을 뿐만 아니라 (대부분의 DMM은 1µV or 1nA보다 민감도가 높음) DMM은 전압 측정 시 입력 바이어스 전류가 높고, 낮은 레벨의 DC 측정을 위한 다른 계측기에 비해 입력저항이 낮습니다. 이러한 특성은 측정오차를 발생하게 됩니다.
위와 같은 DMM의 특성을 고려할 때, 그림 1-3과 같이 이론적인 측정 한계치에 가까운 수준에서 신호를 측정하는데 DMM을 사용할 수는 없습니다. 그러나 소스저항이 1Mohm 이하이거나 원하는 분해능이 0.1µV (소스 저항이 낮은 경우) 이하인 경우에는 DMM을 사용해도 좋습니다. 보다 높은 수준의 전압 민감도가 필요하고 소스저항이 낮을 경우, 나노볼트미터를 사용하여 측정의 이론적 한계에 훨씬 근접한 수준에서 측정하는 것이 가능합니다. 소스저항이 매우 높은 경우에 (ex.1Tohm) DMM은 전압측정에 적합하지 않습니다. DMM의 입력저항 범위는 10Mohm ~ 10Gohm이며, 1Tohm의 소스저항보다 작기 때문에 심각한 입력로드 에러가 발생합니다. 또한 입력전류는 일반적으로 큰 전압 오프셋을 생성합니다. 그러나 일렉트로미터 또는 고임피던스 SMU는 입력저항이 훨씬 높기 때문에 이론적 한계에 근접하는 수준에서 전압을 측정할 수 있습니다. 낮은 레벨의 전류측정에서도 유사한 상황이 존재합니다. DMM은 일반적으로 입력전압 강하가 높아 낮은 수준의 전류 측정에 영향을 미치며, DMM의 분해능은 일반적으로 1nA 이하입니다. 따라서 입력전압 강하가 훨씬 적고 감도가 더 좋은 일렉트로미터 또는 피코암페어미터는 저전류 측정의 이론적 한계에 훨씬 가까운 수준에서 측정이 가능합니다.
그림 1.3 : 다양한 소스저항에 따른 일반적인 DMM, 나노볼트미터, 일렉트로미터의 측정한계
이와 같이 측정장비의 측정한계에 대하여 알아보았습니다. 다음에는 위에서 언급한 장비들의 정의에 관하여 알아보도록 하겠습니다. 감사합니다.