电流的测量(反馈电流表)
另一方面,反馈电流表使用不同的方法来产生电流测量(见图 3)。他们使用有源跨阻放大器将电流转换为电压读数。电压输出是电流输入的倒数乘以反馈电阻器 R F的值。
V输出 = -I输入* R F
图 3. 反馈电流表方法使用有源跨阻放大器将电流转换为电压,且 DUT 上的负载电压最小。
采用反馈电流表方法,电压负担要低得多 – 对于低电流范围,电压负担通常在 0.2-2 mV 范围内。对于相同的 A/D 泄漏测量和电压负载为 200 μV 的反馈电流表,您将获得以下结果:
I测量值 = (0.1 V – 0.0002 V)/10 6 = 99.8 nA
与分流电流表情况下 50% 的误差相比,由于电压负担导致的误差仅为 2%。NI PXI-4022 保护和电流放大器模块可在 100 nA 电流范围内实现负载电压低于 20 μV 的反馈电流表。当与 NI PXI-4071 DMM(测量输出电压)结合使用时,您可以实现 0.5 pA 或更高的精确电流测量灵敏度。
反馈电流表还具有更快地测量低电流的优点。考虑到任何仪器(包括电流测量设备)都会显示一些输入电容 C in(参见图 4)。与此相结合的是电缆或探头电容 C电缆,因为 DUT 必须以某种方式连接到仪器。回想一下,在分流测量的情况下,分流电阻器上会产生电压。测量稳定所需的时间与 R分流器的大小乘以 C总成正比。对于低电流,您需要更大的 R shunt值,也许在兆欧范围或更大。电阻值越大,稳定时间就越长。对于跨阻放大器,您需要大电阻,但由于它位于运算放大器的反馈环路中,因此放大器的增益“A”会按比例缩小提供给 DUT 的有效电阻。这个收益可能非常大——也许是 100 万或更多。
图 4. 分流电流表方法在测量低电流时本质上比反馈电流表慢,因为在高负载电压下对总电容充电需要时间。
通过将该电阻缩小“A”倍,测量的稳定时间将缩短“A”倍。换句话说,如果电压负担降低,输入电容就不必充电太多,因此读数稳定所需的时间会少得多。
反馈电流表方法的一个实际限制是高电流能力。反馈电流表通常设计用于测量高达 20 mA 左右的电流。在这个水平上,分流电流表方法成为更好的选择,其中分流电阻足够小,可以提供相当快的稳定时间。
如果在测量这些高电流时最小化电压负担至关重要,有时最好使用嵌入到被测电路中的低值外部分流电阻器。有时,甚至测量电路内互连的电阻,然后将其用作临时分流器,也可以有效地将电流分流器嵌入到被测电路中。这消除了通过长电线输送高电流并引回测量系统而引入的误差。
同旺科技 2023
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