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  • 電流表原理與如何避免測量誤差
    • 發布時間:2020-08-01 16:46:09
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    電流表原理與如何避免測量誤差
    電流表是測量電流流動的儀器,以安培為單位。一般有兩種主要的電流表結構:分流式和反饋式。
    分流或與反饋式電流表
    分流式電流表是最常見的型式并且在 很多應用中用到;反饋式電流表在測量小電流時更加合適;由于現在的被測電流幅度越來越小,他們的用途越來越多。但是,選擇合適的電流表不僅由被測電流的大小決定,還要分析被測器件的特性(最典型的例如阻抗)。
    分流式電流表與數字多用表
    分流式電流表是最常見的電流表類型并且在幾乎所有的數字多用表(DMMs)里都含有。這些表通過測量在輸入端形成的與被測電流成比例的電壓得出電流。
    (如圖1)
    電流表原理
    分流式電流表的主要缺點是他們原理上的高輸入阻抗設計。在電流減小時這種缺點更加明顯。因為必須要用較大的分流電阻以生成一個可測量的電壓。但是,在分流電阻顯著小于DUT并且被測電流不是非常小(不小于微安〔10-6A〕)時,分流電 流表工作良好。
    輸入端壓降
    電流表的輸入端電壓稱為輸入端壓降。相比于電流表接入前,此電壓會通過儀表形成一個非常小的電流,因此,電流表就無法讀取到真正的被測電流。
    理想電流表不會改變電流流經的道路,所以它具有零輸入電阻和零輸入端壓降。一個實際的電流表總會引入一個非零的輸入端壓降。通常情況下,該誤差項由電流表除以被測電路的電阻表征。分流式電流表的輸入端壓降通常在幾百毫伏數量級。
    圖2
    電流表原理
    反饋式電流表
    反饋式電流表比分流式電流表更接 近“理想”表,并且用于測量微安(10-6A)或更小電流尤其在嚴格要求電流表具有低輸入阻抗時。與分流式電流表不同,反饋式電流表在一個高增益運放的反饋回路上產生一個電壓(如圖2),此電壓依然與被測電流成比例;但是,在儀器的輸入 端觀測不到這個電壓,而是在運放的輸出 端。輸入電壓等于輸出電壓除以運放的增益(典型值為 100,000),所以輸入端 壓降就比毫伏顯著減小。反饋電流表的結構具有更小的輸入端壓降,所以它能在測量小電流時和由低阻器件產生的電流時減小誤差。 Keithley 的靜電計和皮安表都運用反饋電流表的技術。
    圖3
    電流表原理
    圖3 說明了在測量晶體管的發射極電流時由高輸入端壓降造成的問題。雖然基本被測電流可以用DMM很好的測出,但DMM的輸入端壓降顯著地減小了加在 DUT上的電壓,造成了發射極上的電流小 于所要測的。如果用一個皮安表或靜電計代替,輸入端壓降所造成的發射極電流的改變就很微小了。
    產生電流誤差的源
    低電流測量精度受一系列會對測量精度造成影響的誤差源決定。所有的電流表都會產生一些小的電流源,即使在輸入端開路時也是。這些偏置電流能夠通過打開儀器電流抑制部分地消除。外部的電流泄 漏是附加的誤差源;因此,適當的防護/ 或屏蔽是很重要的。DUT的源內阻也會影響到電流表的噪聲性能。另外,測試系統里還有一些外部生成的電流會加到被測電流上,引起誤差。下面幾段會討論各種類
    型的噪聲電流和如何減少他們對測量的影響。
    電流表原理
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