電流表原理和如何避免測量誤差（一）

電流表是測量電流流動(dòng)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(shí)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(diǎn)是他們原理上的高輸入阻抗設(shè)計(jì)。在電流減小時(shí)這種缺點(diǎn)更加明顯。因?yàn)楸仨氁幂^大的分流電阻以生成一個(gè)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(shí)，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(huì)通過儀表形成一個(gè)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(huì)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(gè)實(shí)際的電流表總會(huì)引入一個(gè)非零的輸入端壓降。通常情況下，該誤差項(xiàng)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(jí)。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(shí)。與分流式電流表不同，反饋式電流表在一個(gè)高增益運(yùn)放的反饋回路上產(chǎn)生一個(gè)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(gè)電壓，而是在運(yùn)放的輸出 端。輸入電壓等于輸出電壓除以運(yùn)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(shí)和由低阻器件產(chǎn)生的電流時(shí)減小誤差。 Keithley 的靜電計(jì)和皮安表都運(yùn)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(shí)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(gè)皮安表或靜電計(jì)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(huì)對(duì)測量精度造成影響的誤差源決定。所有的電流表都會(huì)產(chǎn)生一些小的電流源，即使在輸入端開路時(shí)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(huì)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(huì)加到被測電流上，引起誤差。下面幾段會(huì)討論各種類型的噪聲電流和如何減少他們對(duì)測量的影響。

關(guān)鍵詞： 電流表原理測量誤