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概觀
      在設(shè)置測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，測(cè)量納安級(jí)和皮安范圍內(nèi)的電流需要更加注重細(xì)節(jié)。簡(jiǎn)單地假設(shè)您的儀器返回的值是絕對(duì)可靠的，這通常是一個(gè)代價(jià)高昂的錯(cuò)誤。您應(yīng)該特別了解兩個(gè)因素以確保準(zhǔn)確的測(cè)量 - 電流表測(cè)量方法和測(cè)量電纜的影響。
1.分流電流表與反饋電流表
      在當(dāng)今的大多數(shù)儀器應(yīng)用中，有兩種常用的電流測(cè)量方法 - 分流電流表方法和反饋電流表方法。分流電流表方法通常用于通用數(shù)字萬用表（DMM），例如數(shù)字萬用表，并測(cè)量分流電阻上的電壓測(cè)量值。該電壓測(cè)量結(jié)果與電阻器的已知值一起產(chǎn)生電流測(cè)量值。
 

      在分流電流表方法中，選擇低值的R 分流器以最小化分流器上的電壓降。雖然電壓降很小，但這會(huì)對(duì)被測(cè)電路和測(cè)量產(chǎn)生負(fù)面影響。該電壓降稱為電壓負(fù)載，是電流表引入的串聯(lián)電壓誤差。對(duì)于小于約10 mA的電流測(cè)量值，它主要是您要測(cè)量的電流乘以電流表內(nèi)部使用的分流電阻值的乘積。如果電流表的分流電阻器與被測(cè)電路中的電阻相比太大，則電壓負(fù)載會(huì)導(dǎo)致很大的誤差。
      例如，假設(shè)您要測(cè)量目標(biāo)規(guī)格為1MΩ±2％的A / D轉(zhuǎn)換器的輸入電阻，并且由于A / D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)而限制為0.1 V的測(cè)試電壓。直接使用DMM進(jìn)行這種測(cè)量可能會(huì)很困難，因?yàn)橥ǔ２荒苓x擇測(cè)試電壓。相反，您應(yīng)該應(yīng)用已知的測(cè)試電壓并測(cè)量產(chǎn)生的電流。測(cè)量結(jié)果可能如下圖2所示。
      根據(jù)歐姆定律（V = IR），輸入阻抗為1MΩ，測(cè)試電壓為0.1 V，漏電流應(yīng)精確為100 mA。但是，如果使用分流電流表方法，典型負(fù)載電壓為50 mV，則實(shí)際測(cè)量電流為：
      （0.1V-0.05V）/ 10 6 = 50nA
      在上面的例子中，電壓負(fù)載導(dǎo)致測(cè)量電流誤差為50％。顯然，如果測(cè)試電壓較小，則誤差百分比會(huì)增加。在某一點(diǎn)上，負(fù)載電壓變得太大而無法以任何精度進(jìn)行電流測(cè)量，并且該方法會(huì)中斷。即使您可以使用高達(dá)1 V的測(cè)試電壓，誤差仍然是5％。因?yàn)槟枰^2％的容差，這種方法將無法滿足您的需求。
      對(duì)于大于約10mA的電流測(cè)量，存在復(fù)合的附加項(xiàng)以增加該電壓負(fù)載的值。例如，對(duì)于大于100mA范圍的電流，電流保護(hù)熔絲，測(cè)試引線和內(nèi)部DMM接線會(huì)增加電流表對(duì)被測(cè)器件（DUT）的電阻。這些電阻與分流電阻一起增加了電壓負(fù)載的值，必須加以考慮。錯(cuò)誤可能很大，不容忽視。
      另一方面，反饋電流表使用不同的方法來產(chǎn)生電流測(cè)量他們使用有源跨阻抗放大器將電流轉(zhuǎn)換為電壓讀數(shù)。電壓輸出是電流輸入的倒數(shù)乘以反饋電阻R F的值。使用反饋電流表方法，電壓負(fù)載要低得多 - 對(duì)于低電流范圍，通常在0.2-2 mV的范圍內(nèi)。對(duì)于相同的A / D泄漏測(cè)量和具有200μV電壓負(fù)載的反饋電流表，您將獲得以下結(jié)果：（0.1V-0.0002V）/ 10 6 = 99.8nA
      由于電壓負(fù)載，這只有2％的誤差，而分流電流表的誤差為50％。NI PXI-4022保護(hù)和電流放大器模塊在其100 nA電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了反饋電流表，負(fù)載電壓低于20μV。當(dāng)與NI PXI-4071數(shù)字萬用表（測(cè)量輸出電壓）結(jié)合使用時(shí)，您可以實(shí)現(xiàn)0.5 pA或更高的精確電流測(cè)量靈敏度。反饋電流表還具有更快地測(cè)量低電流的優(yōu)點(diǎn)。考慮到任何儀器，包括電流測(cè)量設(shè)備，都會(huì)顯示一些輸入電容C in（見圖4）。與此相關(guān)的是電纜或探頭電容，C 電纜，因?yàn)镈UT必須以某種方式連接到儀器?；叵胍幌拢诜至鳒y(cè)量的情況下，分流電阻上產(chǎn)生電壓。測(cè)量結(jié)果所需的時(shí)間與R 分流器的大小乘以C 總和成正比。對(duì)于低電流，您需要更大的R 分流值，也許在兆歐范圍或更大范圍內(nèi)。電阻值越大，建立時(shí)間越長。使用跨阻抗放大器時(shí)，您需要大電阻，但由于它位于運(yùn)算放大器的反饋環(huán)路中，因此放大器的增益“A”會(huì)降低DUT的有效電阻。這種增益可能非常大 - 可能是100萬或更多。
2.測(cè)量布線
      通過低電流測(cè)量，您必須注意互連，以確保最大程度地降低噪聲并實(shí)現(xiàn)最佳屏蔽。進(jìn)行低電流測(cè)量時(shí)請(qǐng)考慮以下因素：
      50/60 Hz線路噪聲拾取是最常見和最重要的噪聲源。您可以使用適當(dāng)?shù)碾娎|（包括屏蔽電纜和同軸電纜）來降低噪音的影響。集成到系統(tǒng)中的數(shù)字萬用表可以很好地處理殘余線路噪聲抑制。在6?位測(cè)量速度下，線路噪聲抑制通常足夠高，幾乎可以消除信號(hào)中的噪聲，從而為您提供可靠而準(zhǔn)確的讀數(shù)。
      請(qǐng)記住，您無法通過過濾來彌補(bǔ)不良的電纜屏蔽。50/60 Hz線路感應(yīng)噪聲很容易使任何低電流電流表的敏感前置放大器電路飽和。一旦發(fā)生這種情況，任何過濾量都無法恢復(fù)測(cè)量精度。
      摩擦電效應(yīng)起因于導(dǎo)體相對(duì)于絕緣體的運(yùn)動(dòng)?？商峁┲荚谧钚』诵Ч碾娎|。通過系緊裝置或其他固定裝置減少電纜移動(dòng)也可以最大限度地減少這種影響。
3.結(jié)論
      本文檔旨在介紹低電流測(cè)量中涉及的基本技術(shù)和方法。在接近當(dāng)前測(cè)量值時(shí)，您可以選擇測(cè)量方法。對(duì)于μA，nA或pA范圍內(nèi)的電流，反饋電流表方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于更高的電流，通常優(yōu)選分流方法。無論采用何種方法，屏蔽和正確布線對(duì)于精確和可重復(fù)的低電流測(cè)量至關(guān)重要。