電流測量中引起誤差電流的原因解析

　　1. 偏置電流

　　偏置電流可以在儀器內(nèi)部產(chǎn)生（輸入偏置電流），也可以由外部電路產(chǎn)生（外部偏置電流）。

　　① 輸入偏置電流

　　當(dāng)輸入端開路時(shí)，理想安培計(jì)的讀數(shù)應(yīng)當(dāng)為零。然而，實(shí)際的安培計(jì)在輸入端開路時(shí)的確有一些小的電流。這種電流稱為輸入偏置電流，是由有源器件的偏置電流以及流過儀器內(nèi)部的絕緣子的泄漏電流所引起的。皮安計(jì)、靜電計(jì)和SMU中產(chǎn)生的偏置電流在儀器的技術(shù)指標(biāo)中給出。輸入偏置電流疊加到被測電流上，所以儀表測量的是兩個(gè)電流之和： IM = IS + IOFFSET

　　輸入偏置電流可以通過蓋上（capping）輸入連接器并選擇最低的電流量程來決定。用大約5分鐘的時(shí)間使儀器達(dá)到穩(wěn)定，然后讀取讀數(shù)。該讀數(shù)應(yīng)當(dāng)在儀器的技術(shù)指標(biāo)之內(nèi)。

　　從測量結(jié)果中減去輸入偏置電流的另一種方法是使用安培計(jì)的相對（REL或ZERO）功能。在開路的情況下使讀數(shù)達(dá)到穩(wěn)定，然后打開REL功能。建立REL值以后，以后的讀數(shù)就都是實(shí)際輸入值和該REL值之差。

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　　外部偏置電流可以由與安培計(jì)相連的絕緣體上的離子沾污產(chǎn)生。這種偏置電流也可以由摩擦電效應(yīng)和壓電效應(yīng)等原因在外部產(chǎn)生。如圖2- 18所示，外部偏置電流也加到源電流上，儀表顯示的也是這二者之和。

　　外部偏置電流可以用儀器的電流抑制功能（如果有此功能的話）來消除，也可以用一個(gè)比較穩(wěn)定、安靜的外部電流源來消除，如圖2-19所示。采用這種方法時(shí)，儀表測量的電流為： IM = IS + IOFFSET - ISUPPRESS

　　如果IOFFSET和ISUPPRESS大小相等、極性相反，則： IM = IS

　　采用外部電流源的好處是IOFFSET可以等于甚至大于儀器滿量程之值，只要IOFFSET - ISUPPRESS 比較小即可。

　　2.摩擦電效應(yīng)

　　摩擦電電流是由導(dǎo)體和絕緣體之間摩擦產(chǎn)生的電荷生成的。這時(shí)，摩擦引起自由電子脫離導(dǎo)體，產(chǎn)生電荷不平衡，從而產(chǎn)生電流。

　　“低噪聲”電纜能大大降低這種效應(yīng)。這種電纜通常使用聚乙烯的內(nèi)層絕緣層，并在外層屏蔽的下面涂敷以石墨。石墨可以起潤滑作用，并形成導(dǎo)電的等電位圓柱體，以使電荷平衡并盡量降低由電纜運(yùn)動(dòng)的摩擦效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷。然而，在受到振動(dòng)或伸縮作用時(shí)，即使是低噪聲電纜也會(huì)產(chǎn)生一些噪聲。所以，所有的連接都要盡量地短，避免溫度變化的影響（溫度變化會(huì)產(chǎn)生熱膨脹力），并且最好將電纜固定在不振動(dòng)的表面，如墻壁、桌面或其它牢固的結(jié)構(gòu)上。

　　有多種方法可以解決運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)的問題：

　　* 消除與振動(dòng)源的機(jī)械耦合。馬達(dá)、泵和其它的電機(jī)設(shè)備都是常見的振動(dòng)源。

　　* 使測試夾具穩(wěn)定。牢靠地固定或綁扎電子元件、導(dǎo)線和電纜。屏蔽應(yīng)當(dāng)牢靠、完善。

　　摩擦電效應(yīng)也可能在其它絕緣體和導(dǎo)體互相接觸摩擦?xí)r發(fā)生。所以在構(gòu)建測試夾具和進(jìn)行弱電流及高阻抗連接時(shí)，盡量減少絕緣體之間及導(dǎo)體之間的接觸也是很重要的。

　　3.壓電效應(yīng)和儲(chǔ)存電荷效應(yīng)

　　某些晶體材料用作絕緣端子和連結(jié)件時(shí)，若向其施加機(jī)械應(yīng)力，就會(huì)產(chǎn)生壓電電流。在某些塑料中，電荷的儲(chǔ)存使該材料的性質(zhì)類似于壓電材料。壓電絕緣體的端子示于圖1。

　　為了盡量減小這種效應(yīng)產(chǎn)生的電流，重要之點(diǎn)在于消除絕緣子上的機(jī)械應(yīng)力并使用壓電效應(yīng)和儲(chǔ)存電荷效應(yīng)最小的絕緣材料。

　　這種效應(yīng)和金屬板與端子之間的電容變化無關(guān)。由于電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了電流。

　　在實(shí)際工作中，區(qū)分儲(chǔ)存電荷效應(yīng)（在絕緣體中）和壓電效應(yīng)可能是相當(dāng)困難的。無論對哪種現(xiàn)象，選擇很好的絕緣材料，并使連接結(jié)構(gòu)盡可能地牢固都是很重要的。

　　4.污染和濕度

　　當(dāng)離子化學(xué)物質(zhì)在電路板上的兩個(gè)導(dǎo)體之間生成弱的化學(xué)電池時(shí)，電化學(xué)效應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生誤差電流。例如，常用的環(huán)氧樹脂印制電路板，如果沒有徹底地清洗掉腐蝕加工用的溶液、焊劑或其它的污染物，就能在兩個(gè)導(dǎo)體之間產(chǎn)生幾個(gè)納安的電流（見圖2）

　　高濕度和離子污染能夠大大降低絕緣電阻。在發(fā)生結(jié)露或水吸收的情況時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)高濕度，而離子污染則可能由人體的油脂、鹽分和焊劑等產(chǎn)生。

　　這些污染的主要結(jié)果是降低絕緣電阻。在高濕度和離子污染的雙重作用下，還能形成導(dǎo)電通路，甚至可以形成具有高串聯(lián)電阻的化學(xué)電池。這種情況下形成的電池能夠在很長的時(shí)期內(nèi)輸出皮安或納安級的電流。

　　為避免污染和濕度的影響，應(yīng)當(dāng)選擇抗吸水的絕緣材料，并將濕度保持在適當(dāng)?shù)乃?。而且，還要確保所有的絕緣體清潔、不受污染。

　　如果絕緣體受到污染，可使用清潔的溶劑，如甲醇來清洗所有的互連電路。重要之點(diǎn)是在污染物溶解到溶劑中以后，將其完全沖凈，使之不再沉積下來。清洗時(shí)只能使用純凈的溶劑；低等級的溶劑可能含有污染物，清洗后會(huì)留下電化學(xué)薄膜。

　　5.介電吸收

　　在絕緣體上施加電壓時(shí)，由于各種極性分子以不同的速率運(yùn)動(dòng)，使得絕緣體內(nèi)部的正、負(fù)電荷發(fā)生極化，這時(shí)絕緣體內(nèi)就會(huì)發(fā)生介電吸收現(xiàn)象。當(dāng)撤去電壓時(shí)，這些分離的電荷在重新組合時(shí)會(huì)在與絕緣體相連的電路中產(chǎn)生衰減的電流。

　　為了盡量減小介電吸收對電流測量的影響，避免向進(jìn)行靈敏電流測量時(shí)所使用的絕緣體施加大于幾伏的電壓。在實(shí)際工作無法避免這種情況時(shí)，可能需要經(jīng)過幾分鐘、有時(shí)甚至幾個(gè)小時(shí)，介電吸收引起的電流才會(huì)消散。