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电流表原理和如何避免测量误差(一)

2014-7-30 7:56:06 点击:2608 来自:admin

电流表是测量电流流动的仪器,以安培为单位。一般有两种主要的电流表结构:分流式和反馈式。

分流或与反馈式电流表

分流式电流表是最常见的型式并且在 很多应用中用到;反馈式电流表在测量小电流时更加合适;由于现在的被测电流幅度越来越小,他们的用途越来越多。但是,选择合适的电流表不仅由被测电流的大小决定,还要分析被测器件的特性(最典型的例如阻抗)。

分流式电流表与数字多用表
分流式电流表是最常见的电流表类型并且在几乎所有的数字多用表(DMMs)里都含有。这些表通过测量在输入端形成的与被测电流成比例的电压得出电流。
(如图1)

分流式电流表的主要缺点是他们原理上的高输入阻抗设计。在电流减小时这种缺点更加明显。因为必须要用较大的分流电阻以生成一个可测量的电压。但是,在分流电阻显著小于DUT并且被测电流不是非常小(不小于微安〔10-6A〕)时,分流电 流表工作良好。

输入端压降
电流表的输入端电压称为输入端压降。相比于电流表接入前,此电压会通过仪表形成一个非常小的电流,因此,电流表就无法读取到真正的被测电流。
理想电流表不会改变电流流经的道路,所以它具有零输入电阻和零输入端压降。一个实际的电流表总会引入一个非零的输入端压降。通常情况下,该误差项由电流表除以被测电路的电阻表征。分流式电流表的输入端压降通常在几百毫伏数量级。
图2

输入端压降

反馈式电流表
反馈式电流表比分流式电流表更接 近“理想”表,并且用于测量微安(10-6A)或更小电流尤其在严格要求电流表具有低输入阻抗时。与分流式电流表不同,反馈式电流表在一个高增益运放的反馈回路上产生一个电压(如图2),此电压依然与被测电流成比例;但是,在仪器的输入 端观测不到这个电压,而是在运放的输出 端。输入电压等于输出电压除以运放的增益(典型值为 100,000),所以输入端 压降就比毫伏显著减小。反馈电流表的结构具有更小的输入端压降,所以它能在测量小电流时和由低阻器件产生的电流时减小误差。 Keithley 的静电计和皮安表都运用反馈电流表的技术。
图3

反馈式电流表
图3 说明了在测量晶体管的发射极电流时由高输入端压降造成的问题。虽然基本被测电流可以用DMM很好的测出,但DMM的输入端压降显著地减小了加在 DUT上的电压,造成了发射极上的电流小 于所要测的。如果用一个皮安表或静电计代替,输入端压降所造成的发射极电流的改变就很微小了。

产生电流误差的源
低电流测量精度受一系列会对测量精度造成影响的误差源决定。所有的电流表都会产生一些小的电流源,即使在输入端开路时也是。这些偏置电流能够通过打开仪器电流抑制部分地消除。外部的电流泄 漏是附加的误差源;因此,适当的防护/ 或屏蔽是很重要的。DUT的源内阻也会影响到电流表的噪声性能。另外,测试系统里还有一些外部生成的电流会加到被测电流上,引起误差。下面几段会讨论各种类
型的噪声电流和如何减少他们对测量的影响。

产生电流误差的源 

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