ব্লগ সম্পর্কে কম কারেন্ট এবং উচ্চ ইম্পিডেন্স পরিমাপে নির্ভুলতার চ্যালেঞ্জ মোকাবেলা

বৈদ্যুতিক প্রকৌশল এবং ইলেকট্রনিক টেস্টিং-এ, কারেন্ট পরিমাপ একটি মৌলিক স্তম্ভ হিসেবে কাজ করে যার নির্ভুলতা সরাসরি পরীক্ষামূলক ফলাফলের নির্ভরযোগ্যতা এবং প্রকৌশল নকশার সাফল্যের উপর প্রভাব ফেলে। তবে, দুর্বল কারেন্ট (যেমন পিকোঅ্যাম্পিয়ার স্তর) বা উচ্চ-প্রতিরোধক ডিভাইস পরিমাপ করার সময়, ঐতিহ্যবাহী পদ্ধতিগুলি প্রায়শই অপর্যাপ্ত হয়।

সঠিক কারেন্ট পরিমাপ অসংখ্য আধুনিক প্রযুক্তিগত ক্ষেত্রে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ - সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস ক্যারেক্টারাইজেশন থেকে বায়োসেন্সর সিগন্যাল অধিগ্রহণ পর্যন্ত, পদার্থ বিজ্ঞান গবেষণা থেকে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং বাস্তবায়ন পর্যন্ত। তবুও এই পরিমাপগুলি যন্ত্রের সীমাবদ্ধতা, পরিবেশগত হস্তক্ষেপ এবং ডিভাইসের বৈশিষ্ট্য থেকে উদ্ভূত উল্লেখযোগ্য চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হয়।

ঐতিহ্যবাহী কারেন্ট পরিমাপ পদ্ধতি, যেমন শান্ট-রেজিস্টর ভিত্তিক পদ্ধতি, উচ্চ-প্রতিরোধক সার্কিট বা দুর্বল কারেন্ট পরিমাপে দুর্বল কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করে। শান্ট রেজিস্টর অতিরিক্ত ভোল্টেজ চাপ সৃষ্টি করে, সার্কিটের মূল অবস্থা পরিবর্তন করে এবং পরিমাপের বিচ্যুতি ঘটায়। পরিবেশগত গোলমাল, লিকেজ কারেন্ট এবং বিভিন্ন হস্তক্ষেপ সংকেত ফলাফলকে আরও ক্ষতিগ্রস্ত করে।

শান্ট-টাইপ অ্যামিটারগুলি সবচেয়ে সাধারণ প্রকার হিসেবে রয়ে গেছে, যা প্রায়শই ডিজিটাল মাল্টিমিটার (DMM) তে প্রয়োগ করা হয়। এই ডিভাইসগুলি কারেন্ট প্রবাহের আনুপাতিক ইনপুট ভোল্টেজ পরিমাপ করে কারেন্ট নির্ধারণ করে (চিত্র ১)। তাদের অপারেশন একটি নির্ভুল শান্ট রেজিস্টরের উপর কেন্দ্র করে যেখানে কারেন্ট একটি ভোল্টেজ ড্রপ তৈরি করে যা মাত্রা নির্দেশ করে।

সরলতা, কম খরচ এবং ব্যবহারের সহজতা প্রদান করলেও, শান্ট অ্যামিটারগুলি তুলনামূলকভাবে উচ্চ ইনপুট ইম্পিডেন্সের শিকার হয়। পরিমাপ করা কারেন্ট হ্রাস পাওয়ার সাথে সাথে, পরিমাপযোগ্য ভোল্টেজ তৈরি করার জন্য বৃহত্তর শান্ট রেজিস্টরগুলির প্রয়োজন হয়, যা ইনপুট ইম্পিডেন্স এবং সার্কিট প্রভাবকে আরও বাড়িয়ে তোলে। এই যন্ত্রগুলি কেবল তখনই সঠিকভাবে কাজ করে যখন শান্ট রেজিস্ট্যান্স ডিভাইস-আন্ডার-টেস্ট (DUT) রেজিস্ট্যান্সের চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে কম থাকে এবং পরিমাপ করা কারেন্ট মাইক্রোঅ্যাম্পিয়ার স্তরের চেয়ে বেশি হয়।

একটি অ্যামিটারের টার্মিনাল ভোল্টেজ তার "ভোল্টেজ বার্ডেন" গঠন করে। এই বার্ডেন পরিমাপের পূর্বের স্তরের চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে কম কারেন্ট ড্রপ ঘটায়, যা সঠিক পরিমাপ প্রতিরোধ করে। আদর্শ অ্যামিটারগুলি সার্কিট কারেন্টকে প্রভাবিত করবে না বা রেজিস্ট্যান্স বা ভোল্টেজ বার্ডেন প্রদর্শন করবে না।

শান্ট অ্যামিটারগুলি সাধারণত শত শত মিলভোল্ট পরিসরে ভোল্টেজ বার্ডেন তৈরি করে। প্রশমন কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে:

• নিম্ন-মানের শান্ট রেজিস্টর নির্বাচন (বার্ডেন হ্রাস করে কিন্তু সংবেদনশীলতা হ্রাস করে)
• ক্ষতিপূরণ সার্কিট বাস্তবায়ন (বার্ডেন প্রভাবের বিরুদ্ধে কাজ করে)
• ত্রুটি সংশোধন প্রয়োগ (বার্ডেন পরিমাপের মাধ্যমে ক্ষতিপূরণ)

ফিডব্যাক অ্যামিটারগুলি শান্ট প্রকারের চেয়ে আদর্শ অবস্থার কাছাকাছি আসে এবং মাইক্রোঅ্যাম্পিয়ার পরিমাপের জন্য বা যখন কম ইনপুট ইম্পিডেন্সের প্রয়োজন হয় তখন ব্যবহার করা উচিত। টার্মিনাল ভোল্টেজ তৈরি করার পরিবর্তে, এই যন্ত্রগুলি একটি উচ্চ-গেইন অপারেশনাল অ্যামপ্লিফায়ারের ফিডব্যাক পাথে ভোল্টেজ তৈরি করে (চিত্র ২)।

ইনপুট ভোল্টেজ আউটপুট ভোল্টেজকে অ্যামপ্লিফায়ার গেইন (সাধারণত ১০০,০০০) দ্বারা ভাগ করার সমান, যা ভোল্টেজ বার্ডেনকে মাইক্রোভোল্ট স্তরে হ্রাস করে। এই আর্কিটেকচার ছোট কারেন্ট বা কম-ইম্পিডেন্স ডিভাইস থেকে কারেন্ট পরিমাপ করার সময় ত্রুটিগুলি হ্রাস করে। কিথলি ইলেক্ট্রোমিটার এবং পিকোঅ্যামিটারের মতো যন্ত্রগুলি এই প্রযুক্তি ব্যবহার করে।

কম-কারেন্ট পরিমাপগুলি বিভিন্ন ত্রুটির উৎসের প্রতি বিশেষভাবে সংবেদনশীল যা নির্ভুলতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করতে পারে। সমস্ত অ্যামিটার ছোট অফসেট কারেন্ট তৈরি করে যা খোলা ইনপুট থাকা সত্ত্বেও প্রবাহিত হয়। বাহ্যিক লিকেজ কারেন্ট অতিরিক্ত ত্রুটির উৎস তৈরি করে, যার ফলে সঠিক গার্ডিং এবং শিল্ডিং সংযোগ অপরিহার্য হয়ে পড়ে।

ট্রাইবোইলেকট্রিক প্রভাব পরিবাহক এবং অন্তরকগুলির মধ্যে ঘর্ষণের কারণে চার্জের ভারসাম্যহীনতা থেকে উদ্ভূত হয় (চিত্র ৪)। বিশেষায়িত লো-নয়েজ কেবলগুলি গ্রাফাইট-কোটেড পলিথিন অভ্যন্তরীণ অন্তরক স্তরগুলির মাধ্যমে এই প্রভাবকে হ্রাস করে যা তৈলাক্তকরণ সরবরাহ করে এবং চার্জ সমান করার জন্য পরিবাহী ইকুইপোটেনশিয়াল পৃষ্ঠ তৈরি করে।

স্ফটিক অন্তরক উপকরণগুলিতে যান্ত্রিক চাপ প্রয়োগ পাইজোইলেকট্রিক কারেন্ট তৈরি করে (চিত্র ৫)। চার্জ স্টোরেজ পকেটযুক্ত কিছু প্লাস্টিক অনুরূপ আচরণ প্রদর্শন করে। প্রশমন কৌশলগুলির মধ্যে অন্তরকগুলিতে যান্ত্রিক চাপ দূর করা এবং ন্যূনতম পাইজোইলেকট্রিক এবং চার্জ স্টোরেজ প্রভাবযুক্ত উপকরণ নির্বাচন করা অন্তর্ভুক্ত।

দূষণকারী এবং আর্দ্রতা আয়নিক রাসায়নিকগুলি পরিবাহকগুলির মধ্যে দুর্বল "ব্যাটারি" তৈরি করার সময় ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল প্রভাবের মাধ্যমে ত্রুটি কারেন্ট তৈরি করে (চিত্র ৬)। সাধারণ ইপোক্সি সার্কিট বোর্ডগুলি যদি এচ্যান্ট, ফ্লাক্স, তেল, লবণ বা অন্যান্য দূষণকারী থেকে পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে পরিষ্কার না করা হয় তবে ন্যানোঅ্যাম্পিয়ার-স্তরের কারেন্ট তৈরি করতে পারে।

উচ্চ-প্রতিরোধক পরিমাপ (>১GΩ) সাধারণত একটি অজানা রেজিস্টরের উপর ধ্রুবক ভোল্টেজ প্রয়োগ করা, একটি সিরিজ অ্যামিটার দিয়ে ফলস্বরূপ কারেন্ট পরিমাপ করা, তারপর ওহমের সূত্র (R = V/I) ব্যবহার করে রেজিস্ট্যান্স গণনা করা জড়িত। এই ভোল্টেজ-প্রয়োগ পদ্ধতি (কারেন্ট-প্রয়োগের পরিবর্তে) পছন্দের পদ্ধতি কারণ উচ্চ রেজিস্ট্যান্স প্রায়শই প্রয়োগ করা ভোল্টেজের সাথে পরিবর্তিত হয়।

লিকেজ কারেন্টগুলি উচ্চ-প্রতিরোধক পরিমাপে সাধারণ ত্রুটির উৎস উপস্থাপন করে, যা পরিমাপ সার্কিট এবং কাছাকাছি ভোল্টেজ উত্সগুলির মধ্যে অবাঞ্ছিত উচ্চ-প্রতিরোধক পথ থেকে উদ্ভূত হয়। হ্রাস কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে:

• সঠিক গার্ডিং কৌশল বাস্তবায়ন
• পরিষ্কার, উচ্চ-মানের অন্তরক ব্যবহার
• আর্দ্রতা হ্রাস

অত্যন্ত উচ্চ প্রতিরোধক উপকরণ পরিমাপ করার সময়, ব্যাকগ্রাউন্ড কারেন্টগুলি উল্লেখযোগ্য পরিমাপ ত্রুটি ঘটাতে পারে। অল্টারনেটিং পোলারিটি পদ্ধতি এই প্রভাবগুলি প্রায় সম্পূর্ণরূপে দূর করে ইতিবাচক বায়াস ভোল্টেজ প্রয়োগ করে, পূর্বনির্ধারিত বিলম্বের পরে কারেন্ট পরিমাপ করে, তারপর পোলারিটি বিপরীত করে এবং পরিমাপ পুনরাবৃত্তি করে (চিত্র ৯)। রেজিস্ট্যান্স গণনা সাম্প্রতিক পরিমাপের ওয়েটেড গড় ব্যবহার করে।

কঠোর ডেটা যাচাইকরণ এবং ত্রুটি বিশ্লেষণ পরিমাপের নির্ভরযোগ্যতা নিশ্চিত করে। সাধারণ যাচাইকরণ পদ্ধতিগুলির মধ্যে রয়েছে পুনরাবৃত্ত পরিমাপ, স্ট্যান্ডার্ড মানের সাথে তুলনা এবং ভৌত আইনের সাথে সামঞ্জস্য পরীক্ষা। ত্রুটি বিশ্লেষণ কৌশলগুলির মধ্যে অনিশ্চয়তা বিশ্লেষণ, সংবেদনশীলতা বিশ্লেষণ এবং মন্টি কার্লো সিমুলেশন অন্তর্ভুক্ত।

কার্যকরী কারেন্ট পরিমাপের জন্য যন্ত্রের কর্মক্ষমতা মেট্রিকগুলি পরিমাপ করা, ত্রুটির মডেল স্থাপন করা, পুঙ্খানুপুঙ্খ ডেটা যাচাইকরণ বাস্তবায়ন করা এবং উপযুক্ত পরিমাপ আর্কিটেকচার নির্বাচন করা প্রয়োজন। কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা এবং অটোমেশনে ভবিষ্যতের উন্নয়নগুলি মেশিন লার্নিং-সহায়তা ত্রুটি সনাক্তকরণ এবং স্বয়ংক্রিয় টেস্টিং সিস্টেমের মাধ্যমে পরিমাপ ক্ষমতা উন্নত করার প্রতিশ্রুতি দেয়।