溫度對測量儀器的致命影響

　　一臺高精度的儀器是由很多種高精度的元器件的高準確性性和高穩(wěn)定性的模擬電路決定的，而這個電路最大的破壞者就是溫度，這里將介紹溫度到底對高精度的儀器有哪些影響。

　　一、溫度可以影響元器件的物理特性

　　1、對二極管伏安特性的影響

　　在環(huán)境溫度升高時，二極管的正向特性曲線將左移，反向特性曲線將下移，如圖1所示。在室溫附近，溫度每升高1℃，正向壓降減小2~2.5mV;溫度每升高10℃，反向電流約增大一倍?？梢?，二極管的特性對溫度很敏感。

圖1 二極管的伏安特性

　2、對晶體管輸入輸出特性的影響

　　由于半導體材料的熱敏性，晶體管的參數(shù)幾乎都與溫度有關。

　　溫度對輸入特性的影響：與二極管伏安特性類似，當溫度升高時，正向偏移將左移，反之將右移，如圖2所示。

　　溫度對輸出特性的影響：如圖3實線，虛線分別所示為20℃和60℃時的特性曲線，可見，溫度升高時，由于輸入特性左移，導致集電極電流增大。

圖2 溫度對晶體管輸入特性影響

圖3 溫度對晶體管輸出特性影響

　　二、穩(wěn)定靜態(tài)工作點抑制溫漂

　　在引起靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的諸多因素中，溫度對晶體管參數(shù)的影響是最為主要的，所謂穩(wěn)定靜態(tài)工作點抑制溫漂通常是指在環(huán)境溫度變化時，晶體管的靜態(tài)集電極電流和管壓降基本不變，必須依靠基電極電流的變化來抵消集電極電流的變化，常用的是引用直流負反饋或溫度補償?shù)霓k法使基極電流在溫度變化時產(chǎn)生與集極電流相反的變化。

　　三、儀器預熱的必要性

　　根據(jù)儀器設備的用途和精密等級不同，有的需要預熱，有的不需要預熱，儀器設備預熱是為了內部電子器件達到熱穩(wěn)定平衡。電路中的電容，電感，晶體管等達到穩(wěn)態(tài)，需要一定的時間，必須預熱以降低測量誤差，越是精密的儀器設備預熱時間越長。

　　四、致遠電子功率分析儀如何使測量結果更準確

　　1、在儀器使用之前，需要對儀器進行預熱;

　　2、在測量開始之前，需要進行調零操作，調零是指在功率分析儀內部電路中創(chuàng)造一個輸入信號為零的狀態(tài)，并將該狀態(tài)下的計算結果設為數(shù)值意義上的零電平的過程;

　　3、選擇合適的量程、更新率和同步源對功率分析儀的測量準確性至關重要。例如當更新周期小于被測信號周期時，如下圖4所示，整個更新周期內的數(shù)據(jù)成為測量區(qū)間，整個更新周期內的采樣數(shù)據(jù)將被平均，因此影響測量結果的準確性。在這種情況下需要增大更新周期，使得包含更多周期的被測信號進入測量區(qū)間;

圖4 更新周期對比

　　4、降低雜散電容對測量結果的影響，因為儀器機殼與內部測量電路的屏蔽盒之間是絕緣關系，所以二者之間存在雜散電容，把電流測量回路接到低電壓側，如圖5所示，也就是將儀器的電流輸入端子連接到接近電源(Source)接地電位的一端時可以有效降低雜散電容對測量精度產(chǎn)生的影響。

圖5 接線圖

　　5、降低功率損耗的影響，在測量大電流情況下，需要將電壓測量回路接到靠近負載一側，電流測量回路測得的結果就是流經(jīng)負載和電壓測量回路的電流之和，測量誤差僅是流經(jīng)電壓測量回路的電流。

　　在測量小電流情況下，則需要將電流測量回路接到靠近負載一側，電壓測量回路測得的結果就是負載電壓和電流測量回路的電壓之各，測量誤差僅是電流測量回路兩端電壓;如圖6所示。

圖6 不同電流下的接線圖

　　致遠電子PA功率分析儀采用了高穩(wěn)定度溫度補償?shù)?00M同步時鐘，保證ADC采樣每個通道的相位同步，電壓電流相位誤差在10ns以內。 在主機部分的模塊控制單元，我們采用了一個高穩(wěn)定度溫度補償?shù)?00M 同步時鐘，這個時鐘信號將送到每一個通道的ADC，用來保證ADC采樣相位同步，單通道與通道間的電壓、電流誤差可以保證在10ns 以內，減小測量時U、I 夾角儀器本身引入誤差，保證有功功率及功率因數(shù)測量精度!行業(yè)內測量存在功率因素過1，或者過低而無法準確測量的難題，與儀器本身的引入誤差和測試方法有很大的關系。而在致遠電子功率分析儀推出之前，早期的儀器基本依靠后期校準，而非硬件同步時鐘源的方式，這源于電子技術進步!如圖7所示。

圖7 PA功率分析儀架構