M81型機能紹介⑤ ダイナミックレンジの大きなロックイン測定

M81型ロックインアンプ搭載ソースメジャーユニットによるロックイン測定は、120dBを超える大きなダイナミックレンジを有します。これは例えば、10mVレンジで10nV以下の信号が測定可能であることを意味します。今回は、その実力を測るために、mVレベルの信号がnVレベルで変化した際の検証測定を実施しました。

【検証】M81型のダイナミックレンジ
    ~mVレベル信号中のnVレベルの変化をとらえる~

検証では、1kΩの抵抗に1μArmsの電流を印加した状態から、印加電流を10pA刻みで変化させた際の電圧の変化を測定しました。下図に、その測定系と、測定結果を示します。 計算上、測定電圧は1mVrmsから10nVごとに変化することになります。測定結果から、1mVの信号中の約10nVの変化を正確にとらえられていることが分かります。

図1 ダイナミックレンジ検証測定の測定系

1kΩ抵抗への印加電流を1μAから10pAずつ変化させ、電圧変化を測定しました。M81型では、電流印加モジュールを用いることで高精度な電流印加によるロックイン測定を簡単に行うことができます。

図2 1kΩの抵抗に1μArmsの電流を印加した状態から、印加電流を10pA刻みで変化させた際の電圧の変化(実線:測定値 破線:線形近似直線)

測定電圧値が1mVrmsから約10nV刻みでリニアに変化する様子が測定されています。
ロックインの設定は、印加信号周波数13Hz、時定数1s、Roll off 24dBで行いました。
(設定値についての説明は、M81型機能紹介① ロックインアンプとはを参照ください。)

大きなダイナミックレンジの有用性

M81型の大きなダイナミックレンジにより、下記のような測定が可能となります。

  • mVレベルの信号がnVレベルで微小に変化する場合に、その変化を捕捉可能
  • 高調波測定で基本周波数信号が大きい場合にも、微小な高調波成分を測定可能
  • nVレンジ~mVレンジで大きく変化する値の測定を、レンジ切り替え無しに測定

弊社では、デモ機を使用してのデモ測定なども対応可能です。ぜひお気軽にお問合せください。

 

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