포텐시오스타트 매개변수 및 사양 설명

포텐셔너리의 사양에는 많은 매개변수가 포함되어 있습니다. 특정 매개변수의 의미가 잘 모르겠다면 더 이상 걱정하지 마세요. 아래에서 가장 중요한 매개변수에 대한 설명을 확인할 수 있습니다.

비트

매우 근본적인 수준에서 컴퓨터는 전압이 있는 상태와 전압이 없는 상태, 이 두 가지 상태만을 구별할 수 있습니다. 이 때문에 컴퓨터는 이 두 상태를 0 또는 1로 나타내는 이진법을 사용합니다. 여기서는 이진법에 대해 자세히 설명하지 않겠습니다. 비트와 그것이 포텐시오스타트에서 갖는 의미를 이해하는 데 이진법에 대한 상세한 설명은 필요하지 않기 때문입니다. 간단히 말해, 이진법에서는 각 자릿수가 2가지 상태를 나타내는 반면, 일반적으로 사용되는 십진법에서는 각 자릿수가 10가지 상태를 나타냅니다.

0 또는 1이 될 수 있는 각 숫자를 ‘비트’라고 합니다. 재미있는 사실 하나: 8비트를 ‘바이트’라고 합니다. 하나의 비트는 두 가지 상태를 가질 수 있지만, 2비트를 조합하면 이미 4가지 상태(00, 01, 10, 11)를 가질 수 있습니다. 자릿수를 하나 추가할 때마다 가능한 상태의 수는 두 배로 늘어납니다. 12비트면 이미 4096가지 상태를 가질 수 있습니다. N비트로 표현할 수 있는 상태의 수는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

그림 1. 1비트, 2비트의 가능한 상태와 12비트의 일부 상태.

 

디지털 포텐시오스타트에도 동일한 원리가 적용됩니다. 포텐시오스타트는 실제 측정값을 사용할 수 있도록 이진 형식으로 변환해야 합니다. 실제 측정값이 변환되는 비트 수는 포텐시오스타트의 분해능을 결정하는 주요 요소 중 하나입니다.

해상도

분해능이란 측정 장치가 두 값을 구별할 수 있는 가장 작은 차이를 말합니다. 예를 들어, 포텐시오스타트의 분해능이 100 mV라면 200 mV와 300 mV는 구별할 수 있지만, 280 mV는 300 mV로 표시됩니다.

장치의 분해능이 비트에 의해 어떻게 정의되는지, 그리고 전류 범위가 이에 어떤 영향을 미치는지 이해하기 위해 다음 단락에서는 예시를 들어 설명합니다.

아날로그 플로터나 라이터를 기억하는 분들도 계실 겁니다. 이 기계들은 인가된 전압에 따라 종이에 펜을 움직였습니다. 아날로그 전압계로 시간에 따른 전압을 측정하고 아날로그 플로터를 사용하려면 종이의 수평 이동을 일정한 속도로 설정하고 전압계에 전압을 가하기 시작합니다. 필자는 적용된 전압에 따라 종이를 가로질러 수직으로 움직이며 선을 그립니다. 전위 값의 연속체는 펜 위치의 연속체로 변환됩니다. 펜이 움직이는 전체 스펙트럼은 종이의 위쪽과 아래쪽 가장자리에 의해 제한되지만 그 사이에는 모든 값이 가능합니다. 해상도는 그려진 선의 두께와 선을 읽을 수 있는 능력에 따라 제한됩니다.

이 시스템이 디지털화되면 더 이상 연속적인 값을 갖는 것이 아니라 이산적인 값을 갖게 됩니다. 이는 비트가 제공하는 상태가 제한적이기 때문입니다. 이 예시에서 라이터 한계값은 임의로 0 V와 100 V로 정의되었습니다. 이 값들은 극한값입니다. 가능한 각 상태에는 이러한 극한 값 사이의 숫자가 할당됩니다. 일반적으로 등간격 값이 선택됩니다. 이 예에서 비트가 2개뿐이라 상태가 4개라면, 상태의 값은 0, 33, 66, 100이 될 것입니다.

이 경우 분해능이 상당히 떨어지게 됩니다. 전압계로는 70V와 90V의 차이를 구분할 수 없습니다. 12비트, 즉 4096개의 상태가 있다면 값은 0, 0.0244, 0.0488, 0.0733 등이 될 수 있습니다. 그러면 전압계는 0.1V와 0.2V의 차이를 아무런 문제 없이 측정할 수 있게 됩니다.

그림 2 종이에 펜으로 그리는 플로터의 개략도(왼쪽부터): 아날로그 플로터, 2비트 플로터, 12비트 플로터

앞서 살펴본 예시와 마찬가지로, 비트 수와 극한값은 포텐시오스타트의 분해능을 결정합니다. 예를 들어, 볼타메트리 측정 시 측정 가능한 최소 및 최대 전류와 같은 극한값은 커버해야 할 범위를 설정하며, 비트 수는 해당 범위를 몇 단계로 나눌 수 있는지를 나타냅니다. 극값의 범위는 하드웨어에 의해 정의됩니다. 포텐시오스타트가 여러 차수에 걸쳐 광범위한 전류를 측정할 수 있도록 하기 위해, 극값을 조정하는 데 서로 다른 회로가 사용됩니다. 따라서 이러한 서로 다른 회로들이 측정 가능한 전류 범위를 정의합니다. 저전류용 전류 범위를 선택하고 고전류를 측정하면 과부하가 발생합니다. 이 경우 전류는 해당 전류 범위의 최대 전류 값으로 제한됩니다. 측정 전류보다 훨씬 높은 전류 범위를 선택하면, 앞서 설명한 바와 같이 분해능이 저하됩니다.

더 높은 해상도 또는 더 낮은 해상도 중 무엇이 더 낫나요?
앞서 설명한 내용에서 해상도가 높을수록 값이 작다는 것, 즉 해상도가 낮을수록 좋다는 것을 분명히 알 수 있습니다. 그런데 왜 사람들은 더 작은 거리도 해상도가 높으면 해결될 수 있는데도 고해상도에 대해 자주 이야기할까요? 이는 전자 스크린, TV 등에서 비롯된 것입니다. 이 경우 해상도는 인치당 도트를 나타내는 dpi로 표시됩니다. 인치당 도트가 많을수록 개별 도트 사이의 거리가 작아집니다. 그리고 이것은 다시 위에서 설명한 해상도의 정의입니다. 해상도가 향상되면 dpi로 측정된 해상도는 더 높아집니다. 해상도가 향상되면 거리 단위의 해상도는 작아집니다.

사양의 해상도

해당 브로셔 또는 웹페이지의 사양 섹션에 있는 모든 계측기 사양에는 다양한 파라미터에 대한 분해능이 포함되어 있습니다. 정전위 기법의 경우 적용된 전위와 측정된 전류에 대한 분해능을, 정전기 기법의 경우 적용된 전류와 측정된 전위에 대한 분해능을 확인할 수 있습니다. 확인할 수 있는 예로는 PalmSens4, Sensit Smart 또는 EmStat4S가 있습니다.

값은 절대값 또는 현재 범위의 백분율로 표시되며 CR로 축약됩니다.

예를 들어, EmStat4S의 CR 측정 전류 분해능은 0.009%입니다. EmStat4S가 1µA 전류 범위에서 측정하는 경우 분해능과 따라서 분해할 수 있는 가장 작은 전류 차이는 90pA입니다. 이 상황에서 곡선에 90pA의 단계가 표시되면 분해능의 한계에 도달한 것이며, 이 단계는 더 낮은 전류 범위에서 더 작아져 전위 변화를 제대로 해결할 수 있을 가능성이 높습니다.

현재 범위

전류 범위는 전위차계가 측정할 수 있는 최소 및 최대 전류를 정의하며, 이는 비트 수 또는 상태 수가 고정되어 있는 반면 전류 범위는 가변적이기 때문에 해상도도 결정한다는 의미입니다. 이에 대해서는 비트 및 분해능 관련 문서에서 설명합니다.

예를 들어, PalmSens4의 최대 및 최소 전류는 선택한 전류 범위의 6.25배 및 -6.25배입니다. 1µA 범위를 선택하면 최대 전류는 6.25µA이고 최소 전류는 -6.25µA입니다. PalmSens4는 변환에 18비트를 사용하므로 262개의 144개 상태가 생성됩니다. 각 단계의 차이는 전체 전류 범위를 상태 수로 나눈 값입니다:

이는 각 상태 간의 차이가 (이상적으로) 0.000048 µA = 48 pA임을 의미합니다. PalmSens4 사양서에서 측정 전류 분해능을 확인해 보면, 분해능이 전류 범위의 0.005%임을 알 수 있습니다. 이는 비트 수를 기반으로 한 계산 결과와 일치하는데, 48 pA를 1 µA로 나누면 0.0048%가 되기 때문입니다.

그림 3: PalmSens4(18비트)를 기준으로 한 1 mA 및 10 µA 전류 범위에서 전류 범위가 분해능에 미치는 영향.

이러한 개념을 이해하면 적절한 전류 범위를 선택하는 데 도움이 됩니다. 전류 범위는 필요한 만큼 높게, 그러나 가능한 한 낮게 선택해야 합니다. 전류 범위를 너무 낮게 선택하면 전류 범위의 과부하가 발생합니다. 이는 측정하고자 하는 전류가 선택한 전류 범위의 최대 전류보다 높다는 것을 의미합니다. 반대로 전류 범위가 필요한 수준보다 높으면 분해능과 정확도가 최적화되지 않습니다. 극단적인 경우, 즉 실제 측정값(µA)보다 3개 순서(magnitude) 이상 높은 전류 범위(mA 범위)를 선택할 경우, 측정값이 실제 값과 상당한 편차를 보일 수 있습니다.

현재 사양 및 소프트웨어의 범위

당사의 계측기는 일반적으로 10의 배수 단위로 전류 범위가 설정되어 있습니다. 즉, 1 nA에서 10 mA까지 8개의 전류 범위를 갖는 기기의 경우, 전류 범위는 1 nA, 10 nA, 100 nA, 1 µA, 10 µA, 100 µA, 1 mA 및 10 mA입니다.
Sensit 시리즈와 EmStat Pico는 이에 해당하지 않습니다. 이 기기들의 전류 범위는 100 nA, 1 µA, 6 µA, 13 µA, 25 µA, 50 µA, 100 µA, 200 µA, 1 mA 및 5 mA입니다.
전류 범위는 측정 가능한 최대 전류와 분해능(즉, 감지 가능한 최소 신호 차이)을 정의하지만, 이러한 값은 전류 범위와 동일하지 않다는 점을 유의하십시오. 예를 들어, 1 µA 전류 범위의 PalmSens4는 최대 전류가 ±6.25 µA이고 분해능은 48 pA입니다.

자동 범위 설정

디지털 포텐셔너리의 장점은 소프트웨어로 제어할 수 있다는 점입니다. 과거에는 현재 범위를 변경하려면 물리적인 스위치를 돌려야 했습니다. 디지털 포텐시오스탯은 소프트웨어 제어를 통해 전류 범위를 변경할 수 있습니다. 이를 통해 전위차계는 측정 중에 전류 범위를 전환할 수 있습니다. 전위차계 소프트웨어는 전류 범위가 너무 낮거나 너무 높은지 인식하고 그에 따라 전류 범위를 조정할 수도 있습니다. 이를 자동 범위 조정이라고 합니다. 일반적으로 전위차계가 사용할 수 있는 몇 가지 전류 범위가 선택됩니다. 소프트웨어는 필요할 때 이러한 전류 범위 사이를 전환합니다.

PalmSens 포텐시오스타트가 전류 범위의 최대 전류에 가까운 전류를 측정할 경우, 사용 가능한 더 높은 전류 범위가 활성화되어 있다면 해당 범위로 전환됩니다. 과부하로 인해 정상적인 측정 결과가 무용지물이 될 수 있으므로, 단 한 번의 높은 측정값만으로도 이러한 전환이 발생합니다.

이 전류 범위에서 낮은 것으로 간주되는 값이 측정되어 더 낮은 전류 범위에서 더 나은 해상도를 가질 수 있는 경우 소프트웨어는 이를 저부하로 선언합니다. 장치에 따라 3~5회 연속 저부하가 발생하면 더 낮은 전류 범위로 전환이 트리거됩니다(사용 가능한 경우).

트리거에 여러 개의 저부하가 필요하지만 과부하가 한 번만 필요한 이유는 한 번의 과부하는 측정값을 망칠 수 있지만, 대부분의 경우 저부하는 차선책에 불과하기 때문입니다. 또한 임계값이 다르면 측정된 전류가 전류 범위의 가장자리에 있을 때 전위차계가 두 전류 범위 사이에서 앞뒤로 점프하는 것을 방지할 수 있습니다.

그림 4 100µA 범위에서 10µA 범위로 자동 범위 지정(위)과 그 반대(아래)를 보여주는 원시 데이터 발췌본.

PSTrace의 자동 범위 설정

PSTrace를 사용한 거의 모든 측정에서, 전류 범위를 설정하고 자동 범위 설정(auto-ranging)을 위한 시작 전류 범위를 지정하는 입력란을 확인할 수 있습니다.

현재 범위를 나타내는 회색 및 파란색 상자를 클릭하면 이 범위를 켜고 끌 수 있습니다. 회색 전류 범위는 꺼진 상태이며 포텐셔너리 스탯에서 사용하지 않습니다. 모든 파란색 전류 범위는 전위차계가 자동 범위 조정에 사용할 수 있습니다.

그림: 1 µA, 10 µA, 100 µA, 1 mA 범위가 활성화된 상태에서의 전류 범위 선택 및 1 mA를 시작 전류 범위로 설정.

한 전류 범위 위의 파란색 삼각형은 시작 전류 범위를 나타냅니다. 예상 전류에 가까운 전류 범위를 선택하거나 몇 초 동안 이퀄라이제이션을 사용하면 전위차계가 기록 전에 자동 범위 조정을 시작할 수 있습니다.

정확성

비트, 전류, 전류 범위, 그리고 해상도에 대한 섹션에서는 해상도에 대해 자세히 설명했습니다. 해상도와 종종 혼동되는 매개변수는 정확도입니다.

분해능은 두 측정값이 너무 가까워 동일한 값으로 측정되거나, 달리 표현하면 더 이상 구분할 수 없는 경우를 설명하는 반면, 정확도는 측정값이 실제 값에 얼마나 근접한지를 나타냅니다. 정확도는 체계적인 측정 오차만을 설명하며, “잡음이 있는” 것처럼 보이는 측정값은 포함하지 않습니다.

5 fA의 분해능을 사용하면 1.000 nA와 1.005 nA의 차이를 확인할 수 있지만, 전류 누설로 인해 시스템에 0.5 nA의 편차가 발생할 수 있습니다. 이러한 편차는 항상 존재하므로, 이를 ‘정확도’로 설명합니다. 정확도가 0.5 nA이고 측정값이 1 nA라면, 실제 값은 0.5 nA와 1.5 nA 사이 어딘가에 있다는 것을 알 수 있습니다. 이러한 상황에서는 5 fA의 분해능으로도 충분합니다.

해상도에 대한 섹션을 읽어보면 해상도를 높이는 방법은 간단하다는 것을 알 수 있습니다. 비트 수를 늘리기만 하면 됩니다. 이렇게 하면 측정 품질이 향상될까요?

실제 값과의 편차가 분해능보다 작을 때(정확도와 정밀도가 좋을 때)만 측정 결과가 개선됩니다. 하지만 대개는 그렇지 않으며, 분해능이 이미 정확도나 정밀도보다 더 높은 경우가 많습니다. 정확도가 낮아 nA 단위의 편차가 발생하는 경우, 분해능을 aA 수준으로 더 낮추더라도 측정 결과는 개선되지 않습니다.

측정 정확도는 단순히 기기의 정확도뿐만 아니라 여러 요인에 의해 좌우됩니다. 용액 조제, 부피 측정, 전극 배치, 전극 준비 등은 모두 실험의 정확도에 영향을 미칩니다. 이러한 오차는 대개 체계적이며, 매번 동일한 방향으로 동일한 편차를 발생시킵니다. 이러한 오차는 전기화학 셀과 같은 복잡한 다중 매개변수 시스템에서는 파악하기가 거의 불가능합니다. 다행히도 많은 정량 측정에서 교정 곡선을 통해 이러한 편차를 보정할 수 있습니다.

사양서의 정확도

정확도는 전류의 크기에 따라 서로 다른 영향을 미치는 여러 요인에 좌우되지만, 여기서는 기기가 정확도에 미치는 영향에만 초점을 맞추겠습니다.
정확도에 영향을 미치는 요인은 최대 세 가지가 있습니다. 측정된 전류의 정확도와 관련하여, 이러한 요인은 다음과 같습니다:

  • 기본값 10 pA
  • 전류 범위에 따라 전류 범위의 0.1%에 해당하는 값
  • 측정된 전류의 0.2%에 해당하는 측정 전류 의존적 값

모든 값을 합산하면 정확도에 대한 “최악의 경우” 시나리오를 얻을 수 있습니다.

정밀도

정확도 섹션에서는 체계적 오차에 대해 다루었으나, 무작위 오차도 존재합니다. 이는 일반적으로 측정 결과에서 ‘노이즈’로 기록되는 것입니다. 무작위 오차는 측정과 독립적인 측정값에 미치는 무작위적인 영향으로, 즉 노이즈의 주파수나 강도는 측정값에 의존하지 않습니다.

이러한 무작위 사건들 또한 측정값의 오차에 기여하지만, 무작위적인 특성 때문에 이러한 무작위 오차를 제외한 실제 값을 추정할 수 있습니다.

측정 중 발생하는 여러 무작위 요인들은, 측정값이 발생할 확률을 해당 값들에 대해 그래프로 나타내면 서로 합산되었을 때 가우시안 분포를 이룹니다. 가장 발생 가능성이 높은 값은 무작위 오차나 잡음이 없는 값입니다. 실제 값과의 편차가 클수록 해당 값이 발생할 확률은 낮아집니다. 잡음은 일반적으로 정규 분포를 따릅니다.

정밀도는 이 분포가 얼마나 넓은지를 나타냅니다. 정밀도가 낮을수록 측정값은 잡음이 없는 기준값에서 더 크게 벗어나게 됩니다. 만약 포텐시오스타트 대신 산탄총을 사용한다면, 정밀도는 탄환의 흩어짐을 나타내는 것과 같습니다. 즉, 정밀도는 재현성도 나타내는 것입니다.

그림 5. 포텐시오스타트 대신 산탄총을 예로 들어 ‘정확도’와 ‘정밀도’라는 용어를 설명합니다.

정규 분포를 따르는 노이즈의 장점 중 하나는 노이즈가 없는 값을 중심으로 대칭을 이룬다는 점입니다. 동일한 측정을 여러 번 수행한 후 측정값의 평균을 구하면, 그 평균값은 개별 측정값 대부분보다 노이즈가 없는 값에 더 가까워집니다. 이러한 방식으로 이루어지는 노이즈 감소 효과는 N의 제곱근에 비례하며, 여기서 N은 수집된 샘플의 수입니다.

포텐시오스타트 및 기타 기기는 이 특성을 활용하여 수많은 측정값을 기록하고, 이를 평균화한 뒤 그 평균값을 측정값으로 반환합니다. 따라서 측정 결과에서 단일 데이터 포인트를 보게 된다면, 이는 수백 개의 샘플을 평균화하여 도출된 값일 가능성이 높습니다. 측정 결과의 한 점을 생성하는 데 사용된 샘플 수는 기술별 매개변수와 기기의 샘플링 속도에 따라 달라집니다.

샘플링 속도

샘플링 속도는 기기가 측정값을 수집하는 속도를 나타냅니다. 이러한 샘플은 일반적으로 평균화되어 측정 결과의 데이터 포인트로 사용됩니다.

샘플링 속도는 샘플/초(samples/s) 또는 헤르츠(Hz) 단위로 표시되는데, 이는 샘플 자체에 차원이 없기 때문입니다. 이는 데이터 샘플링의 이론적 상한선입니다. 즉, 하드웨어 구성 요소의 한계라는 뜻입니다. 실행 중인 측정 작업이나 소프트웨어 오버헤드 등도 샘플링 속도를 제한하는 요인이 됩니다. 이러한 제한이 어느 정도까지 발생하는지는 각 측정 작업과 그 매개변수에 따라 다릅니다. 이러한 이유로, PalmSens기기의 설명서에서 각 측정 기법에 대한 극한값과 제한 사항을 확인할 수 있습니다. 다행히도, 정확한 샘플링 시간은 대개 사용자가 주로 확인하고자 하는 사항이 아닙니다.

대부분의 경우, 사람들은 계측기를 비교할 때 샘플링 속도를 고려하며, 샘플링 속도가 높을수록 샘플링 속도가 낮은 계측기보다 초당 더 많은 값을 기록한다는 것을 의미합니다. 샘플링 속도는 계측기가 값을 기록할 수 있는 속도를 제한하므로, 노이즈에도 영향을 미칩니다.

정밀도에 관한 기사에서 다룬 바와 같이, 동일한 측정값을 여러 번 측정하여 평균을 구하면, 노이즈라고도 하는 무작위 오차를 제거하고 측정값에 가까운 값을 얻을 수 있습니다. 이러한 방식으로 달성할 수 있는 노이즈 감소 효과는 평균을 산출하는 데 사용된 샘플 수인 N의 제곱근에 비례합니다. N은 샘플 기록에 할당된 시간과 샘플 수집 속도, 즉 샘플링 속도에 따라 달라집니다. 두 기기가 동일한 매개변수를 사용하되 서로 다른 샘플링 속도로 동일한 측정을 수행할 경우, 샘플링 속도가 더 높은 기기는 N 값이 더 크기 때문에 노이즈가 더 적게 측정된 것처럼 보입니다.

위에서 언급한 모든 내용은 노이즈가 정규 분포를 따른다는 전제 하에 설명된 것입니다. 특정 노이즈가 매우 두드러지는 경우(예: 50Hz 또는 60Hz의 전력망 주파수 노이즈)나 노이즈의 주파수가 측정 간격보다 낮은 경우, 평균화를 통해 노이즈가 감소되지 않습니다.

평균화를 통해 노이즈를 줄이는 것보다, 측정 시 노이즈가 적은 편이 더 낫다는 점을 명심하십시오.

N 값을 조정하려면 샘플 수집 시간을 조정해야 합니다. 샘플링 속도는 기기의 고유한 특성이므로 변경할 수 없기 때문입니다.

시료 채취 간격, 즉 샘플링 시간 또는 샘플링 창은 측정 매개변수를 변경하여 늘릴 수 있습니다. 두 지점 사이의 시간 간격인 t 간격을 늘리거나, 스캔 속도를 늦추거나, 스텝 전위를 높이거나, 주파수를 낮추면 사용 중인 기법에 따라 샘플링 시간을 늘릴 수 있습니다.

대역폭

여러 기사에서 이미 노이즈에 대해 다룬 바 있습니다. 노이즈란 측정 신호를 무작위적이고, 이상적으로는 정규 분포를 따르는 방식으로 변화시키는 원치 않는 영향을 의미합니다. 노이즈를 줄이는 한 가지 방법은 측정 신호보다 주파수가 현저히 높은 모든 영향을 배제하는 필터를 사용하는 것입니다.

이러한 필터는 의도적으로 설치되며, 측정 가능한 신호 변화에 주파수 제한을 두게 됩니다. 예를 들어, PalmSens4는 최대 1 MHz까지의 임피던스 스펙트럼을 측정할 수 있으므로, PalmSens4의 필터는 2.5 MHz 이상의 모든 주파수를 제거합니다. 이 한계치는 측정 시 예상되는 최고 주파수보다 2.5배 더 높습니다. 따라서 이 필터는 신호 측정에 영향을 미치지 않습니다.

이상적인 필터는 컷오프 주파수 이하의 신호를 100% 통과시키고, 컷오프 주파수 이상의 모든 신호를 0%로 감쇠시킵니다. 실제 필터는 컷오프 주파수 주변의 특정 범위에서 신호를 감쇠시키기 시작하여 완전한 감쇠에 도달합니다. 필터의 동작을 설명하기 위해 대역폭이 사용됩니다.
대역폭이란 신호의 70.8%가 감쇠되는 주파수를 말합니다.

안타깝게도 장치 내부에서도 의도치 않게 필터가 형성될 수 있습니다. 표면 용량과 일부 누설 전류는 RC 필터와 같은 역할을 할 수 있습니다. 표면 용량과 누설 전류는 모두 원치 않는 요소이므로 측정자가 제어할 수 없습니다. 이러한 현상은 포텐시오스타트에서 전압 형태의 원시 데이터를 측정된 전류로 변환하는 부품에서 특히 두드러집니다. 특히 10 nA와 같은 저전류 범위에서는 높은 저항이 필요합니다. 어떤 기생 정전용량이든 대역폭을 가진 필터를 형성하게 되며, 이는 100 kHz와 같은 저주파수에 영향을 미칩니다. 이러한 이유로 저전류 범위는 신호의 변화에 더 느리게 반응합니다.

임피던스 분광법 수행 시 고주파를 사용할 경우, PSTrace가 고전류 범위를 활성 전류 범위로 설정하도록 요청한다는 것을 확인하실 수 있습니다. 이는 필터의 반응 속도가 느리거나, 더 정확히 말해 저전류 범위에서 대역폭이 좁기 때문입니다.

상승 시간

노이즈를 줄이기 위해 측정 신호를 필터링하면, 필터로 인해 신호의 변화 속도가 느려지는 부작용이 발생합니다. 필터의 대역폭이 좁아질수록 신호의 변화는 더 흐릿해지고 선명도가 떨어집니다. 이는 신호뿐만 아니라 여기(즉, 인가된 전위 또는 전류)에도 마찬가지로 적용됩니다.

전위 단계나 전류 단계가 적용될 때, 이는 무시할 수 있을 정도로 짧은 시간 내에 0에서 100%까지 완벽하게 단계적으로 이루어진다고 가정하는 경우가 많습니다. 안타깝게도 이는 이상적인 동작일 뿐, 현실은 그렇지 않습니다. 일반적으로 포텐시오스타트는 변화를 적용하는 데 상당한 시간이 필요합니다. 그 시간이 얼마나 걸리는지는 여러 요인에 따라 달라지지만, 하드웨어 측면에서 가장 큰 영향을 미치는 요소는 사용된 필터와, 표유 정전용량이나 누설 전류로 인해 형성되는 원치 않는 필터들입니다.

포텐시오스타트가 귀하가 원하는 빠른 변화를 여전히 수행할 수 있는지 알고 싶다면, 상승 시간을 확인해야 합니다. 상승 시간은 계단형 입력이 가해진 후 시스템이 새로운 값으로 안정화되는 데 걸리는 시간을 말합니다. 일반적인 상승 시간으로는 설정 변화량의 10%에서 90% 또는 99%까지 도달하는 데 걸리는 시간이 있습니다.

상승 시간이 장치의 대역폭에만 의존한다고 가정할 경우, 대역폭을 통해 상승 시간을 계산할 수 있습니다. 이 공식의 상세한 도출 과정은 위키백과에서 확인할 수 있지만, 간단히 말해 10% 변화에서 90%까지의 상승 시간(RT)은 대역폭(BW)과 관련이 있으며, 대략 다음과 같이 계산할 수 있습니다:

그리고 10%에서 99%까지의 상승 시간은 다음과 같이 추정할 수 있습니다:

기기 매개변수 비교

이 페이지에서 설명하는 매개변수들은 PalmSens 기기의 사양에 사용됩니다. 귀하의 요구 사항에 맞는 기기를 찾고 계신가요?

기기 매개 변수 비교