小电流精确测量

应用指南系列 1 编号 100 小电流测量 基本电流测量 在典型电路(参见图 1a)中，一个源使电流(I)流过电路。任何电流测量的目标都是在电路中串联一个安培计，使安培计测得的电流与原始流过电路的电流完全相同。为了实现这一目的，在 A 点和 B 点之间断开电路，如图 1b所示连接安培计。在理想情况下，电流表对电路完全没有影响。然而，在实际测量中，可能会出现多种误差源。正如我们在下文中讨论的一样，这些误差源会造成明显的测量不确定性。 任何安培计均可模型化为包括图 1b 所示的三个独立电路元件：由连接至安培计的输入电缆形成的分流电阻(RSH)；一个不希望的电流发生器(IC)，主要代表电路互连产生的电流；内阻(RM)，包括串联电缆电阻。请注意，RM与理想安培计(MI)串联，本身没有电阻或电流源。 在将一个安培计接入被测电路时，安培计的示值等于电路中未串联安培计时流过电路的电流减去电路模型中的元件造成的误差。这些误差包括通过模型分流电阻的电流、互连产生的电流、整个安培计模型上的电压降引起的误差，以及安培计本身的不确定度。 对于常规范围(典型>1mA)的电流测量值，由安培计电压降、分流电流和噪声电流引起的误差通常足够小，可忽略不计。在这种情况下，显示的电流读数几乎等于实际电流加上或减去安培计的固有不确定度(UM)。设计用于测量这些常规电流的仪表通常包括一个电压表电路，它测量与被测电路串联的分流电阻上的电压降(参见下文中关于分流安培计的讨论)。电压表提供的读数与电流成正比。 不幸的是，此类仪表产生的电压降(输入电压降)往往在 200mV 至大约 2V 范围内。该压降足以造成常规范围以下的电流测量误差。为避免如此大的压降，皮安表和静电计在输入级采用带负反馈的高增益放大器。这样就大大降低了电压降— — 数量级为 200μV 或更小。低电压降减小了测量误差，以及达到规定的准确度必须要维持的最小分流电阻。所以，所以无需采取特别措施来获得不寻常的大电缆电阻。 采用反馈安培计的典型皮安表或静电计的灵敏度通常为 1fA (10-15A)或更小，典型准确度为 0.1%至 3%。 分流式和反馈式安培计 测量小电流有两种基本技术：分流法和反馈安培计法。分流器配置主要用于DMM (数字多用表)及老式静电计中，反馈模式中的电缆电容在这些仪表中会产生故障。皮安表和较新的静电计只采用反馈式安培计配置。皮安表和静电计的主要区别是静电计为多功能仪器，而皮安表则只测量电流。还有，典型静电计...