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）。

　?、?輸入偏置電流

　　當輸入端開(kāi)路時(shí)，理想安培計的讀數應當為零。然而，實(shí)際的安培計在輸入端開(kāi)路時(shí)的確有一些小的電流。這種電流稱(chēng)為輸入偏置電流，是由有源器件的偏置電流以及流過(guò)儀器內部的絕緣子的泄漏電流所引起的。皮安計、靜電計和SMU中產(chǎn)生的偏置電流在儀器的技術(shù)指標中給出。輸入偏置電流疊加到被測電流上，所以?xún)x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(guò)蓋上（capping）輸入連接器并選擇最低的電流量程來(lái)決定。用大約5分鐘的時(shí)間使儀器達到穩定，然后讀取讀數。該讀數應當在儀器的技術(shù)指標之內。

　　從測量結果中減去輸入偏置電流的另一種方法是使用安培計的相對（REL或ZERO）功能。在開(kāi)路的情況下使讀數達到穩定，然后打開(kāi)REL功能。建立REL值以后，以后的讀數就都是實(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和壓電效應等原因在外部產(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(huà)）來(lái)消除，也可以用一個(gè)比較穩定、安靜的外部電流源來(lái)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(mǎn)量程之值，只要IOFFSET - ISUPPRESS 比較小即可。

　　2.摩擦電效應

　　摩擦電電流是由導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。這種電纜通常使用聚乙烯的內層絕緣層，并在外層屏蔽的下面涂敷以石墨。石墨可以起潤滑作用，并形成導電的等電位圓柱體，以使電荷平衡并盡量降低由電纜運動(dòng)的摩擦效應所產(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構上。

　　有多種方法可以解決運動(dòng)和振動(dòng)的問(wèn)題：

　　* 消除與振動(dòng)源的機械耦合。馬達、泵和其它的電機設備都是常見(jiàn)的振動(dòng)源。

　　* 使測試夾具穩定。牢靠地固定或綁扎電子元件、導線(xiàn)和電纜。屏蔽應當牢靠、完善。

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

　　3.壓電效應和儲存電荷效應

　　某些晶體材料用作絕緣端子和連結件時(shí)，若向其施加機械應力，就會(huì )產(chǎn)生壓電電流。在某些塑料中，電荷的儲存使該材料的性質(zhì)類(lèi)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產(chǎn)生的電流，重要之點(diǎn)在于消除絕緣子上的機械應力并使用壓電效應和儲存電荷效應最小的絕緣材料。

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

　　在實(shí)際工作中，區分儲存電荷效應（在絕緣體中）和壓電效應可能是相當困難的。無(wú)論對哪種現象，選擇很好的絕緣材料，并使連接結構盡可能地牢固都是很重要的。

　　4.污染和濕度

　　當離子化學(xué)物質(zhì)在電路板上的兩個(gè)導體之間生成弱的化學(xué)電池時(shí)，電化學(xué)效應就會(huì )產(chǎn)生誤差電流。例如，常用的環(huán)氧樹(shù)脂印制電路板，如果沒(méi)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)導體之間產(chǎn)生幾個(gè)納安的電流（見(jiàn)圖2）

　　高濕度和離子污染能夠大大降低絕緣電阻。在發(fā)生結露或水吸收的情況時(shí)，就會(huì )出現高濕度，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(cháng)的時(shí)期內輸出皮安或納安級的電流。

　　為避免污染和濕度的影響，應當選擇抗吸水的絕緣材料，并將濕度保持在適當的水平。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(lái)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(lái)。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動(dòng)，使得絕緣體內部的正、負電荷發(fā)生極化，這時(shí)絕緣體內就會(huì )發(fā)生介電吸收現象。當撤去電壓時(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(wú)法避免這種情況時(shí)，可能需要經(jīng)過(guò)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。