利用數(shù)字多用表準(zhǔn)確測量納安級小電流
電池供電設(shè)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(jī)電流或暗電流。即使在電源開關(guān)關(guān)閉或設(shè)備根本沒有“上電”時，電池供電的電路中總是存在一些電導(dǎo)，所以就會發(fā)生這種現(xiàn)象。設(shè)計(jì)工程師在研發(fā)時一定要考慮漏泄電流或待機(jī)電流。大量的電子產(chǎn)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(shè)備已經(jīng)關(guān)閉，它們也會從電池吸收少量的電流。實(shí)際上，有些電子設(shè)備由于存在設(shè)計(jì)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(dāng)然，電子制造商的目的是保證產(chǎn)品工作，并在設(shè)計(jì)和組裝階段增加元件時進(jìn)行不斷的測試，以保證其產(chǎn)品質(zhì)量。目前要特別重視的是，設(shè)計(jì)和測試工程師需要確認(rèn)在產(chǎn)品內(nèi)的電池經(jīng)過充電，然后再關(guān)機(jī)一定的時間后，當(dāng)再次加電時還要確保能夠正常工作，不會發(fā)生電池過放電至電量耗盡。值得注意的是，許多電子設(shè)備往往被集成到大型系統(tǒng)，例如汽車上安裝的音響、時鐘和診斷計(jì)算機(jī)。而總體設(shè)備制造商，本例中為汽車廠家，將會規(guī)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(shè)備的電流漏泄造成電池過放電。
測量待機(jī)泄漏電流
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(shè)計(jì)工程師在開始設(shè)計(jì)階段就必須能夠測量漏泄電流。然后，在生產(chǎn)階段，測試工程師必須能夠確保產(chǎn)品在發(fā)貨時滿足其技術(shù)條件（工作時間等）。換句話說，為了避免漏泄電流太大，就必須要確定漏泄電流的總量。
從表面看來，這項(xiàng)任務(wù)好像很簡單：用一塊高質(zhì)量的數(shù)字多用表連接到相應(yīng)的端子即可測得直流電流。但是，實(shí)際上并沒有那么簡單。因?yàn)樾孤╇娏魍ǔH為微安級，用傳統(tǒng)的數(shù)字多用表進(jìn)行測量并不準(zhǔn)確。不準(zhǔn)確的原因是數(shù)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(lián)進(jìn)行測量的，這個分壓電阻也叫分流器。當(dāng)有電流通過時，數(shù)字多用表測量分流器上的壓降，然后利用歐姆定律計(jì)算電流。這種用分流器的方法會在分流器上產(chǎn)生一個電壓降，被稱為分流器電壓（請參見圖1）。根據(jù)基爾霍夫電壓定律，電路的總電壓中要減去這個電壓。所以分流器電壓就成為了誤差源。產(chǎn)生的誤差可能會達(dá)到10%。通過使用較小的分流器（或電流鉗）電阻，設(shè)計(jì)或測試工程師可減小誤差量，并且數(shù)字多用表確實(shí)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(jié)果不準(zhǔn)確或不穩(wěn)定。為了使得從分流器得到的電壓能至少可以使用zuidi的電壓量程，一般為100mV或200mV量程，1mA量程的分流器阻值要達(dá)到100Ω。若是在數(shù)字多用表采用運(yùn)算放大器I-V轉(zhuǎn)換技術(shù)，在測量小電流時作為一個安培計(jì)與電路串聯(lián)時，可以在輸入阻抗很低的同時獲得更好的測量準(zhǔn)確度（請參見圖2）。
圖1 分流萬用表被作為安培計(jì)的電路
圖2 反饋DMM被作為小電流安培計(jì)的電路，F(xiàn)luke 8808A 就是這樣的一款工具
我們采用一個理論示范來介紹誤差。電路電源為1.2V直流，被測負(fù)載為10kΩ，計(jì)算獲得的電流為120μA。然而，當(dāng)采用了串聯(lián)分壓電阻（1kΩ）時，測得通過被測裝置的電流下降為109μA或更低。電流表的設(shè)計(jì)工程師常常會增大分壓電阻值，來改善小電流測量的靈敏度。當(dāng)分壓電阻增大時，測量誤差也會增大。新式的Fluke 8808A數(shù)字多用表在2000μA和200μA兩個量程內(nèi)采用了使用運(yùn)算放大器的“電流-電壓轉(zhuǎn)換器”。在這些量程下，運(yùn)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(zhuǎn)換為電壓，無需大阻值的分流器電阻，從而消除了分流器電壓。所以，在選定的量程下進(jìn)行小電流測量時，其分辨率高達(dá)1nA，準(zhǔn)確度達(dá)0.03%，而負(fù)載效應(yīng)小，測量結(jié)果能夠真實(shí)反應(yīng)實(shí)際應(yīng)用情況。
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提防誤差源
在進(jìn)行小電流測量時，設(shè)計(jì)師和測試工程師應(yīng)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(diǎn)：
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(shè)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(shè)計(jì)階段，工程師應(yīng)該在測試之前用酒精清潔所有潛在的污染表面；在組裝階段，各方面的清潔是至關(guān)重要的。一個指印也可成為一個導(dǎo)體。
任何形式的噪聲和干擾都會引起測量直流小電流讀數(shù)的誤差：
交流干擾和噪聲會使靈敏的放大器產(chǎn)生不正確的讀數(shù)?？梢圆扇V波措施，并采用同軸電纜或屏蔽雙絞線連接，以降低讀數(shù)誤差。
任何形式的交流干擾會造成測量結(jié)果的波動。振動也會造成導(dǎo)體相對于磁場的運(yùn)動，從而在電路中產(chǎn)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(chǎn)生隨機(jī)運(yùn)動和碰撞，從而產(chǎn)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(yōu)質(zhì)電阻對降低噪聲有一定作用。
現(xiàn)在已經(jīng)是電池供電的微電子時代。由于對電池性能指標(biāo)要求苛刻，待機(jī)電流測量準(zhǔn)確度的重要性也會更加明顯。如果我們能夠用標(biāo)準(zhǔn)的臺式多用表準(zhǔn)確測量實(shí)際的納安級電流，就可專心研究如何改善電池的性能。
