找出影响低电压测量稳定性的误差源

2016-08-18 11:44:26来源: eefocus
电压表是一种测量两点间电势差的仪表,以伏特为单位。

如何选择电压表

许多种仪器可以测量电压,包括数字多用表(DMM),静电计和纳伏表。要想成功测量电压,需要电压表的输入阻抗远远大于被测器件(DUT)的内部阻抗(源阻抗)。如果不是这样,电压表测量的电压会比接入表以前的电压更小。静电计有很高的输入阻抗(典型在100TΩ量级〔10014Ω〕,所以他们被用来测量高电阻的电压,DMM和纳伏表可以测量10MΩ或低源电阻的电压。纳伏电压表更适合测量低内阻的源的小电压(毫伏或微伏)。

低电压测量

当测量较高电压时可以忽略的偏置电压和噪声源,在低电压测量时会带来很明显的误差。固定的偏压通常可以通过输入端短路,然后用仪器的回零(相对)功能来使其为零。下面几段中讨论会影响到低电压测量的不稳定的误差源以及如何使他们对测量的影响最小。

热电动势

在低电压测量中最常见的误差源是热电动势(热电EMFs),这是由导体的节点间温度的差异造成的(如图1)。
 

构造电路时导体都使用同种材料可以使生成的热电动势最小。例如,由铜的接线片或接线柱形成铜-铜接触的结,这样会产生最小的热电动势。而且,结点必须清洁,未被氧化。

在电路中使温度梯度降至最低也可减少热电动势。一个减小温度梯度的方法是将所有接点放在很接近的地方并保证与一个公共的大热沉有好的热耦合。如果这样难以实现,就热耦合每一对相应的不同材料的接点使它们的温差最小,这也有助于减小热电动势。



Johnson 噪声

电压表能测量的电压的极限的限制是由 Johnson(热)噪声决定的。这种噪声是与电子热运动产生的相关电压。所有的电压源都有内阻,这就会产生Johnson噪声。某一电阻产生的噪声电压大小由下面的公式计算出:V= √4kTBR

k= Boltzmann,s 常数(1.38×10-23J/K)

T=源的绝对温度K

B=噪声带宽 Hz

R=源内阻Ω

从这个公式可以得知,Johnson噪声可以通过降低温度,减小测量的带宽来减小。减小测量的带宽相当于增加仪器的响应时间;因此,额外增加滤波,通过增加仪器的积分时间(典型值为电源周期的整数倍)来减小带宽。

地线回路

当信号源和测量仪器都连接到同一地线上时,地线回路就形成了(如图2a)。比如说这样一种情况,几台仪器在不同机架上,电源插在同一接线板上。经常在地线上的不同点处有不同电位。这个电位差--甚至很小的--就能形成电路中很大的电流并产生不希望的电压降。解决的方法是将整个测量电路以一点接地。最简单的办法是隔离DUT(源)并且为测量系统找一个单一的良好接地点,如图2b。要避免将灵敏测量线路与使用中的其他仪器,机械装置及大功率设备接入同一地线系统。

磁场

磁场能在如下两种环境下产生虚假电压:1)如果磁场随时间变化,2)电路和磁场有相对运动(图3a)。导体在磁场中的运动,测量系统中的元件引起的本地的交变电流,或磁场的有意的变化如磁阻测量等都能产生变化的磁场。

为使感应出的磁感应电压最小,引线必须被放置在一起并系紧以减少移动。双绞电缆从两方面减小磁场效应:一,减小磁场影响的闭环区域;二,双绞线上相邻闭环产生的电压极性相反可以互相抵消。(图3b)

低电阻测量

低电阻(<10Ω)最好是用加电流源测电压的方法测量。对极低电阻(微欧或更小)或其他有功率限制的地方,常常要用到纳伏表。因此,所有前面提到的低电压技术和误差源,在这里都适用。低电阻测量还多些其他的误差源。

关键字:低电压测量  稳定性  误差源

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016081816804.html
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