高源內(nèi)阻電壓源的測量中輸入電阻和輸入偏置電流引起的負(fù)載誤差和減小辦法

對高源內(nèi)阻電壓源的測量容易產(chǎn)生幾種誤差，諸如：電壓表輸入電阻和輸入偏置電流以及外部分流電阻和電容引起的負(fù)載誤差。下列討論電壓表輸入電阻和輸入偏置電流引起的負(fù)載誤差的來源和將其影響減到zui小的方法。

輸入電阻負(fù)載

對高內(nèi)阻電壓源的測量容易產(chǎn)生由儀表輸入電阻和連接電纜泄漏電阻引起的負(fù)載誤差。實(shí)際的電壓表可以由一個理想的無限大輸入電阻的電壓表（VM）與一個確定大小的輸入電阻器（RIN）相并聯(lián)來表示，如圖 2-1 所示。將電壓源連到電壓表的輸入端，源的戴文寧等效電路為 VS 與 RS相串聯(lián)，這時電壓表輸入端出現(xiàn)的電壓（VM）由于 RS 和 RIN 的分壓器作用而減小如下：

例如，假定， RS= 100kΩ ， RIN = 10MΩ， 如果 VS= 5V ，則電壓表實(shí)際測量出的電壓為：

這樣，在這個例子中，輸入電阻的負(fù)載效應(yīng)將產(chǎn)生 1% 的誤差。

儀表的輸入電阻應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于源的內(nèi)阻才能滿足對測量準(zhǔn)確度的要求。例如，如果希望的準(zhǔn)確度為 1% ，那么表的輸入電阻必須比源的電阻高 100 倍。對于更高的準(zhǔn)確度，這個比率必須相應(yīng)地更高。

連接電纜通常不是問題，但是在源電阻非常高時（ > 10GΩ），或者在的環(huán)境條件下，卻會引起很大的負(fù)載誤差。可以將電纜保護(hù)起來，以降低其對測量的負(fù)載效應(yīng)。

輸入偏置電流負(fù)載

在測量高電阻源時要考慮的另一個問題是電壓表的輸入偏置電流。儀器內(nèi)部電路和內(nèi)部的偏移電壓會在儀器的輸入端引起輸入偏置電流。如圖2-2所示，輸入偏置電流（IBIAS）在源電阻（RS）上產(chǎn)生了誤差電壓。所以實(shí)際測量的電壓（VM）與源的電壓（VS）有所不同：

VM = VS±IOFFSETRS

例如，假定各參數(shù)如下：

IOFFSET = 1pA RS = 10G VS = 10V

那么，電壓表實(shí)際測量出的電壓為：

VM=10±(10-12 ·1010)

VM=10±0.01

VM= 9.99V或者10.01V（取決于偏置電流的極性）

因此，在這個例子中，輸入偏置電流引起的誤差大約為0.1%。

數(shù)字多用表和納伏表的輸入偏置電流在1pA到1nA之間，而數(shù)字多用表通常不規(guī)定輸入偏置電流。靜電計以低輸入偏置電流而聞名，其輸入偏置電流通常在幾個飛安（fA）。皮安計和SMU也具有很低的輸入偏置電流，但是通常沒有靜電計低。

雖然輸入偏置電流是這種誤差的常見來源，但是外電路產(chǎn)生的電流在源電阻上形成的電壓降也能引起誤差。這種偏移電流的典型來源是絕緣子和電纜。

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直分流電阻負(fù)載和保護(hù)

外部的分流電阻，例如：漏電的電纜和骯臟的絕緣子也可能引起負(fù)載誤差。

跨接在電壓源上的任何外部分流電阻都會使測量的電壓衰減，如圖2-3所示。和輸入電阻的電壓負(fù)載作用一樣，分流電阻（RSHUNT）和源電阻（RS）也形成了一個分壓器，并將測量的電壓（VM）衰減如下：

例如，假定，RS = 10G，RSHUNT = 100G。如果VS = 10V，則測量出的電壓為：

VM = 9.09V

在這個例子中，分流負(fù)載引起的誤差大約為9%。

分流電阻負(fù)載通常是由電纜泄漏電阻引起的，如圖2-4所示。在這種情況下，測量的電壓（VM）被RS 和電纜電阻RL形成的分壓器衰減：

為了降低由分流電阻引起的誤差，使用絕緣電阻盡可能高的電纜、連接器和測試夾具。此外，采用保護(hù)技術(shù)可以消除任何剩余的誤差。

使用保護(hù)技術(shù)可以大大降低電纜泄漏引起的誤差，如圖2-5所示。在采用保護(hù)技術(shù)的連接配置中，電纜的屏蔽連接到保護(hù)緩沖放大器的輸出，而不是連到儀表的LO端。RG代表從電纜的屏蔽到表的LO端的電阻，IG是為了將屏蔽驅(qū)動到與輸入HI端相同的電位，而在RG中流過的電流。這個電流由保護(hù)緩沖放大器提供，而不是由電壓源來提供。由于現(xiàn)在RL上的電壓降低了好幾個數(shù)量級，在大多數(shù)情況下，泄漏電流可以忽略。

根據(jù)定義，保護(hù)是強(qiáng)制將電路中的一個低阻節(jié)點(diǎn)與高阻輸入端節(jié)點(diǎn)近似等電位的一種技術(shù)。

在現(xiàn)代的靜電計中，前置放大器輸出端就是這樣的一個節(jié)點(diǎn)，并可以用來降低電纜泄漏的影響，如圖2-5所示。其另一個好處是還降低了電纜的有效電容，使電路的響應(yīng)速度加快很多。