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利用Fluke8808A萬用表準確測量納安級小電流

添加時間:2018-02-28 09:41 文章來源:未知 作者:焦丹 點擊數: 【字體:
電池供電設備的制造者對漏泄 電流都非常熟悉,有時這種漏泄電流也被稱為待機電流或暗電流,即使在電源開關關閉或設備根本沒有“上電”時,電池供電的電路中總是存在一些電導, 所以就會發生這種現象。
 
設計工程在研發時一定要考慮漏泄電流或待機電流。大量的電子產品,例如移動電話、微處理器 控制的汽車音響和存儲器電路, 即使這些設備已經關閉,它們也 會從電池吸收少量的電流。實際上,有些電子設備由于存在設計缺陷,漏泄電流過大,可能會過早地耗盡電池電量,從而使得電池壽命非常短。
 
當然,電子制造商的目的是保證產品工作,并在設計和組裝階段增加元件時進行不斷的測試,以保證其產品質量。目前要特別重 視的是,設計和測試工程師需要 確認在產品內的電池經過充電, 然后再關機一定的時間后,當再次加電時還要確保能夠正常工作,不會發生電池過渡放電至電量耗盡。

值得注意的是,許多電子設備往往被集成到大型系統,例如汽車上安裝的音響、時鐘和診斷計算 機。而總體設備制造商,本例中為汽車廠家,將會規定某個部件 能夠從電池消耗多大的漏泄電流。汽車廠家不希望由于車載電子設備的電流漏泄造成電池過渡放電。

測量待機漏泄電流

為了避免移動電池在短短幾個小時后即電量耗盡,或者汽車音響 在一上午就把汽車電瓶的電量耗盡,設計工程師在開始設計階段就要能夠測量漏泄電流。然后, 在生產階段,測試工程師要能夠確保產品在發貨時滿足其技術條件?;瘓浠八?,為了避免漏泄電流太大,就要確定漏泄電流的總量。
 
從表面看來,這項任務好像很簡單,用一塊高質量的數字多用表接到相應的端子即可測得直流電流。但是,實際上并沒有那么簡單,因為漏泄電流通常僅為微安級,傳統的數字多用表進行測量并不準確。不準確的原因是數字多用表通常是使用一個已知阻值的分壓電阻的形式與被測電路串聯進行測量的,這個分壓電阻也叫分流器。當有電流通過時,數字多用表測量分流器上的壓降,然后利用歐姆定律計算電流。這種用分流器的方法會在分流器上產生一個電壓降,被稱為分流器電壓(請參見圖 1)。根據基爾霍夫電壓定律,電路的總電從壓中要減去這個壓。所以分流器電壓就成為了誤差源。產生的誤差可能會達到 10%。

通過使用較小的分流器電阻,設計或測試工程師可減小誤差量,并且數字多用表確實通過變化分流器 電阻值來提供可選的電流量程。然 而,使用低電阻值分流器將減小被測電壓靈敏度,以致造成測量結果不準確或不穩定。為了使得從分流 器得到的電壓能至少可以使用  低的電壓量程,一般為100mV或200mV量程,1mA 量程的分流器 阻值要達到 100Ω。若是在數字多用表采用運算放大器 I-V 轉換技術,在測量小電流時作為一個安培計與電路串聯時,可以在輸入阻抗有非常低的同時獲得更好的測量準確度(請參見圖2)

我們采用一個理論示范來介紹誤差。電路電源為1.2 V直流,被測負載為10kΩ,計算獲得的電流為120μA。然而,當采用了串聯分壓,用電阻(1kΩ)時,測得通過被測裝置的電流下降為 109μA或更低安培表的設計工程師常?;嵩齟蠓盅溝繾柚?,來改善小電流測量的靈敏度。當分壓電阻增大時,測量誤差也會增大。

新式的Fluke 8808A 數字萬用表在2000μA 和200μA兩個量程內采用了使用運算放大器的“電流-電壓轉換器”。在這些量程下,運算放大器在電路中引起的輸入阻抗非常小,并將未知的輸入電流轉換為電壓,無需大阻值的分流器電阻而消除了分流器電壓。所以,在選定的量程下進行小電流測量時,其分辨率高達1nA,準確度達 0.03%,而負載效應最小,測量結果能夠真實反應實際應用情況。

現在已經是電池供電的微電子時代。由于對電池性能指標要求苛刻,待機電流測量準確度的重要性也會更加明顯。如果我們能夠用標準的臺式萬用表準確測量實際的納安級電流,就可專心研究如何改善電池的性能。 
 
 提防誤差源
 
在進行小電流測量時,設計師和測試工程師應了解可能的誤差源,以及如何消除其影響,這里有一些常見 的故障點:
 
外部漏泄電流,例如污染引起的漏電流——污垢、 油脂、助焊劑,等等。無論是被測設備、測試儀 器本身,還是測試電纜或連接器,污染物都能為 電流提供通路,從而引起測量誤差。在設計階段, 工程師應該在測試之前用酒精清潔所潛在的污染表面;在組裝階段,各方面的清潔是重要 的。一個指印也可成為一個導體。

 任何形式的噪聲和干擾都會引起測量直流小電流讀數的誤差:
 
  •  交流干擾和噪聲會使靈敏的放大器產生不正確的讀數??梢圓扇÷瞬ù朧?,并采用同軸電 纜或屏蔽雙絞線連接,可以降低讀數誤差任何形式的交流干擾會造成測量結果波動。
  • 振動也會造成導體相對于磁場的運動,從而在電路中產生容易引起誤差的噪聲熱能會使分壓電阻或被測裝置中的電路中的電子產生隨機運動和碰撞,從而產生熱噪聲。 噪聲電壓與電路中的電流和電路中的電阻值(包括被測裝置和測量電路)的平放成比例。
  • 采用低阻值的分壓電阻和反饋電阻,使用低噪聲的優質電阻對降低噪聲有一定作用。 
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