Diseño, implementación y caracterización de un complemento compacto de bloqueo para mediciones de impedancia de baja frecuencia
Autores: Pettinato, Sara; Piccardi, Armando; Rossi, Maria Cristina; Salvatori, Stefano
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño, implementación y caracterización de un complemento compacto de bloqueo para mediciones de impedancia de baja frecuencia
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Mediciones de impedancia
Baterías de litio
Biosensores
Polímeros
Degradación de materiales
Mediciones de baja frecuencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 45
Citaciones: Sin citaciones
Las mediciones de impedancia son cruciales en una variedad de aplicaciones, desde la caracterización de baterías de litio, celdas de combustible microbianas y biosensores hasta el estudio de polímeros y degradación de materiales, donde se deben cumplir estrictos requisitos en cuanto a ancho de banda de frecuencia y nivel de corriente. Aquí presentamos una solución compacta y rentable para mediciones de impedancia de ultra baja frecuencia, que operan en un amplio rango, desde 1 mHz hasta 250 kHz. Acoplado a un amplificador lock-in, el circuito diseñado se basa en una bomba de corriente Howland en cascada con un divisor de corriente de precisión para establecer el factor de conversión en 100 nA/V, 1 A/V o 100 A/V. Por lo tanto, es posible generar señales de corriente muy bajas para medir impedancias resistivas de hasta 100 M. Además, se inserta una red de retroalimentación para anular la deriva de voltaje inducida por corrientes de fuga y voltajes de compensación, lo que permite la medición de cargas de baja capacitancia, probadas experimentalmente hasta 10 nF. Notablemente, la red de retroalimentación permite realizar mediciones también en presencia de un sesgo de voltaje alto de la carga y los resultados experimentales realizados hasta 60 V demuestran la excelente estabilidad del sistema diseñado, por lo tanto, una alta compatibilidad de voltaje. El circuito propuesto es particularmente interesante para el acondicionamiento de sensores tanto resistivos como capacitivos y es probable que sea una solución efectiva para la implementación de un instrumento portátil para medir señales de biosensores.
Descripción
Las mediciones de impedancia son cruciales en una variedad de aplicaciones, desde la caracterización de baterías de litio, celdas de combustible microbianas y biosensores hasta el estudio de polímeros y degradación de materiales, donde se deben cumplir estrictos requisitos en cuanto a ancho de banda de frecuencia y nivel de corriente. Aquí presentamos una solución compacta y rentable para mediciones de impedancia de ultra baja frecuencia, que operan en un amplio rango, desde 1 mHz hasta 250 kHz. Acoplado a un amplificador lock-in, el circuito diseñado se basa en una bomba de corriente Howland en cascada con un divisor de corriente de precisión para establecer el factor de conversión en 100 nA/V, 1 A/V o 100 A/V. Por lo tanto, es posible generar señales de corriente muy bajas para medir impedancias resistivas de hasta 100 M. Además, se inserta una red de retroalimentación para anular la deriva de voltaje inducida por corrientes de fuga y voltajes de compensación, lo que permite la medición de cargas de baja capacitancia, probadas experimentalmente hasta 10 nF. Notablemente, la red de retroalimentación permite realizar mediciones también en presencia de un sesgo de voltaje alto de la carga y los resultados experimentales realizados hasta 60 V demuestran la excelente estabilidad del sistema diseñado, por lo tanto, una alta compatibilidad de voltaje. El circuito propuesto es particularmente interesante para el acondicionamiento de sensores tanto resistivos como capacitivos y es probable que sea una solución efectiva para la implementación de un instrumento portátil para medir señales de biosensores.