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上海自動(dòng)化儀表有限公司展示測量納安級和皮安電流的理想目標(biāo)

來源：上海自動(dòng)化儀表有限公司作者：發(fā)表時(shí)間：2018-10-29 08:42:39【小中大】

     大多數(shù)便宜的手持式萬用表的測量范圍從幾安培到幾百安毫安。雖然通常很方便，但這種儀表不足以進(jìn)行靈敏的電流測量。但是有一個(gè)解決方案。通過以下項(xiàng)目，您可以使用簡單，低成本的電路將電流測量范圍從毫安下降到納安和皮安范圍。

 
    最便宜的手持式萬用表具有電流測量功能。這些儀表的測量范圍從幾安培下降到單位數(shù)毫安，有時(shí)延伸到微安范圍。雖然這種測量能力對于許多應(yīng)用來說已經(jīng)足夠，但有時(shí)需要更靈敏的電流測量。有些儀表可以測量更低的電流水平，但這些儀表也更昂貴，并且通常專用于這一個(gè)測量功能。
 
    本文的目標(biāo)是通過相對簡單，低成本的電路將基本手持電流測量范圍從毫安下降到納安和皮安范圍。首先，我們上海自動(dòng)化儀表股份有限公司將描述幾種類型的電流源及其相關(guān)的性能特性，這些特性會影響測量電路。然后，我將展示以低成本提供高性能的實(shí)用電路。將分析這些電路中的每一個(gè)以確定可預(yù)期的測量性能水平。還將討論所有電路技術(shù)共同的一般設(shè)計(jì)問題，并將提供推薦的電路組件和布局技術(shù)。最后，將討論兩個(gè)電路，這兩個(gè)電路經(jīng)過構(gòu)建和測試，以展示測量納安級和皮安電流的理想目標(biāo)。
 
    當(dāng)前來源
    圖1顯示了幾種類型的電流源。圖1a是電氣工程師稱之為理想電流源的象征。它可以在輸出端具有任何電流水平，輸出阻抗是無限的。結(jié)果是輸出電流完全不受測量電路特性的影響。當(dāng)然，沒有實(shí)際的電流源是理想的，但這仍然是用于近似實(shí)際電路的有用概念，并且用作諸如PSPICE的電路仿真程序中的源。
 
圖1：電流源：理想（a），半導(dǎo)體（b）和電阻（c）
圖1：電流源：理想（a），半導(dǎo)體（b）和電阻（c）
 
    圖1b顯示了使用半導(dǎo)體晶體管（雙極或FET）的電流源。在這個(gè)電路中，輸出阻抗不是無限的，但仍然可能很高（兆歐）。這意味著雙極晶體管的集電極或FET晶體管的漏極處的變化電壓對輸出電流幾乎沒有影響，只要該電壓不足以影響晶體管操作即可。
 
    圖1c是電流源中最不理想的。電流由電阻器R2兩端的電壓差產(chǎn)生。由測量電路產(chǎn)生的任何測量電壓直接影響源電阻器兩端的電壓差。這會改變測量的電流，從而導(dǎo)致測量誤差。話雖如此，上海自動(dòng)化儀表有限公司儀器在低水平測量手冊中使用這種電流源模型來定義他們所謂的反饋電流表（也是跨阻抗放大器）。很可能在現(xiàn)實(shí)世界的電路中，這個(gè)模型是描述大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用的模型。
 
    雖然剛才描述的電流源不是測量電路本身的一部分，但了解它們的局限性是有幫助的，這樣測量電路可以設(shè)計(jì)成盡可能少地干擾電流源。以這種方式，最小化測量誤差。
 
    電流測量電路
    過去，電流直接用動(dòng)圈式儀表測量。現(xiàn)在使用半導(dǎo)體技術(shù)，電壓是直接測量的參數(shù)。首先通過流過負(fù)載電阻將要測量的電流轉(zhuǎn)換為電壓。然后測量合成電壓，并與負(fù)載電阻一起用于計(jì)算輸入電流。
 
圖2：電流測量電路：電阻（a），互阻抗（b）和積分器（c）
圖2：電流測量電路：電阻（a），互阻抗（b）和積分器（c）
 
    圖2和圖3顯示了幾種用于將電流轉(zhuǎn)換為電壓的電路技術(shù)。圖2顯示了基本技術(shù)，而圖3顯示了對這些基本電路中的兩個(gè)的修改，這些電路可以提供更準(zhǔn)確的結(jié)果并擴(kuò)展測量范圍。這些電路中使用的輸入電流符號與圖1中使用的理想電流源符號相同；但在這種情況下，它用于顯示輸入電流連接到測量電路的位置，并且可以表示任何所描述的電流源。
 
圖3：改進(jìn)的電流測量電路：改進(jìn)的電阻（a）和改進(jìn)的互阻抗放大器（b）
圖3：改進(jìn)的電流測量電路：改進(jìn)的電阻（a）和改進(jìn)的互阻抗放大器（b）