上海自动化仪表有限公司展示测量纳安级和皮安电流的理想目标

来源：上海自动化仪表有限公司作者：发表时间：2018-10-29 08:42:39【小中大】

大多数便宜的手持式万用表的测量范围从几安培到几百安毫安。虽然通常很方便，但这种仪表不足以进行灵敏的电流测量。但是有一个解决方案。通过以下项目，您可以使用简单，低成本的电路将电流测量范围从毫安下降到纳安和皮安范围。

最便宜的手持式万用表具有电流测量功能。这些仪表的测量范围从几安培下降到单位数毫安，有时延伸到微安范围。虽然这种测量能力对于许多应用来说已经足够，但有时需要更灵敏的电流测量。有些仪表可以测量更低的电流水平，但这些仪表也更昂贵，并且通常专用于这一个测量功能。

本文的目标是通过相对简单，低成本的电路将基本手持电流测量范围从毫安下降到纳安和皮安范围。首先，我们上海自动化仪表股份有限公司将描述几种类型的电流源及其相关的性能特性，这些特性会影响测量电路。然后，我将展示以低成本提供高性能的实用电路。将分析这些电路中的每一个以确定可预期的测量性能水平。还将讨论所有电路技术共同的一般设计问题，并将提供推荐的电路组件和布局技术。最后，将讨论两个电路，这两个电路经过构建和测试，以展示测量纳安级和皮安电流的理想目标。

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图1显示了几种类型的电流源。图1a是电气工程师称之为理想电流源的象征。它可以在输出端具有任何电流水平，输出阻抗是无限的。结果是输出电流完全不受测量电路特性的影响。当然，没有实际的电流源是理想的，但这仍然是用于近似实际电路的有用概念，并且用作诸如PSPICE的电路仿真程序中的源。

图1：电流源：理想（a），半导体（b）和电阻（c）

图1b显示了使用半导体晶体管（双极或FET）的电流源。在这个电路中，输出阻抗不是无限的，但仍然可能很高（兆欧）。这意味着双极晶体管的集电极或FET晶体管的漏极处的变化电压对输出电流几乎没有影响，只要该电压不足以影响晶体管操作即可。

图1c是电流源中最不理想的。电流由电阻器R2两端的电压差产生。由测量电路产生的任何测量电压直接影响源电阻器两端的电压差。这会改变测量的电流，从而导致测量误差。话虽如此，上海自动化仪表有限公司仪器在低水平测量手册中使用这种电流源模型来定义他们所谓的反馈电流表（也是跨阻抗放大器）。很可能在现实世界的电路中，这个模型是描述大多数实际应用的模型。

虽然刚才描述的电流源不是测量电路本身的一部分，但了解它们的局限性是有帮助的，这样测量电路可以设计成尽可能少地干扰电流源。以这种方式，最小化测量误差。

电流测量电路

过去，电流直接用动圈式仪表测量。现在使用半导体技术，电压是直接测量的参数。首先通过流过负载电阻将要测量的电流转换为电压。然后测量合成电压，并与负载电阻一起用于计算输入电流。

图2：电流测量电路：电阻（a），互阻抗（b）和积分器（c）

图2和图3显示了几种用于将电流转换为电压的电路技术。图2显示了基本技术，而图3显示了对这些基本电路中的两个的修改，这些电路可以提供更准确的结果并扩展测量范围。这些电路中使用的输入电流符号与图1中使用的理想电流源符号相同；但在这种情况下，它用于显示输入电流连接到测量电路的位置，并且可以表示任何所描述的电流源。

图3：改进的电流测量电路：改进的电阻（a）和改进的互阻抗放大器（b）

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