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電流表原理和如何避免測量誤差（一）

來源：網(wǎng)絡(luò) 2022-02-01 13:30:04

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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(jié)構(gòu)：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(yīng)用中用到；反饋式電流表在測量小電流時更加合適；由于現(xiàn)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(shù)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(shù)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）分流式電流表的主要缺點是他們原理上的高輸入阻抗設(shè)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?。ú恍∮谖病?0-6A〕）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(jīng)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(shù)量級。圖2

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(yán)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(chǎn)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(shù)。圖3

圖3 說明了在測量晶體管的發(fā)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(fā)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(fā)射極電流的改變就很微小了。

產(chǎn)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(chǎn)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(dāng)?shù)姆雷o(hù)/ 或屏蔽是很重要的。DUT的源內(nèi)阻也會影響到電流表的噪聲性能。另外，測試系統(tǒng)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。

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