溫度對(duì)測(cè)量?jī)x器的致命影響

一臺(tái)高精度的儀器是由很多種高精度的元器件的高準(zhǔn)確性性和高穩(wěn)定性的模擬電路決定的，而這個(gè)電路最大的破壞者就是溫度，這里將介紹溫度到底對(duì)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(duì)二極管伏安特性的影響

在環(huán)境溫度升高時(shí)，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?jiàn)，二極管的特性對(duì)溫度很敏感。

圖1 二極管的伏安特性

2、對(duì)晶體管輸入輸出特性的影響

由于半導(dǎo)體材料的熱敏性，晶體管的參數(shù)幾乎都與溫度有關(guān)。

溫度對(duì)輸入特性的影響：與二極管伏安特性類(lèi)似，當(dāng)溫度升高時(shí)，正向偏移將左移，反之將右移，如圖2所示。

溫度對(duì)輸出特性的影響：如圖3實(shí)線，虛線分別所示為20℃和60℃時(shí)的特性曲線，可見(jiàn)，溫度升高時(shí)，由于輸入特性左移，導(dǎo)致集電極電流增大。

圖2 溫度對(duì)晶體管輸入特性影響

圖3 溫度對(duì)晶體管輸出特性影響

二、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)抑制溫漂

在引起靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的諸多因素中，溫度對(duì)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(diǎn)抑制溫漂通常是指在環(huán)境溫度變化時(shí)，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(lái)抵消集電極電流的變化，常用的是引用直流負(fù)反饋或溫度補(bǔ)償?shù)霓k法使基極電流在溫度變化時(shí)產(chǎn)生與集極電流相反的變化。

三、儀器預(yù)熱的必要性

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

四、致遠(yuǎn)電子功率分析儀如何使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確

1、在儀器使用之前，需要對(duì)儀器進(jìn)行預(yù)熱;

2、在測(cè)量開(kāi)始之前，需要進(jìn)行調(diào)零操作，調(diào)零是指在功率分析儀內(nèi)部電路中創(chuàng)造一個(gè)輸入信號(hào)為零的狀態(tài)，并將該狀態(tài)下的計(jì)算結(jié)果設(shè)為數(shù)值意義上的零電平的過(guò)程;

3、選擇合適的量程、更新率和同步源對(duì)功率分析儀的測(cè)量準(zhǔn)確性至關(guān)重要。例如當(dāng)更新周期小于被測(cè)信號(hào)周期時(shí)，如下圖4所示，整個(gè)更新周期內(nèi)的數(shù)據(jù)成為測(cè)量區(qū)間，整個(gè)更新周期內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)將被平均，因此影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)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(cè)信號(hào)進(jìn)入測(cè)量區(qū)間;

圖4 更新周期對(duì)比

4、降低雜散電容對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，因?yàn)閮x器機(jī)殼與內(nèi)部測(cè)量電路的屏蔽盒之間是絕緣關(guān)系，所以二者之間存在雜散電容，把電流測(cè)量回路接到低電壓側(cè)，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(shí)可以有效降低雜散電容對(duì)測(cè)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(cè)量大電流情況下，需要將電壓測(cè)量回路接到靠近負(fù)載一側(cè)，電流測(cè)量回路測(cè)得的結(jié)果就是流經(jīng)負(fù)載和電壓測(cè)量回路的電流之和，測(cè)量誤差僅是流經(jīng)電壓測(cè)量回路的電流。

在測(cè)量小電流情況下，則需要將電流測(cè)量回路接到靠近負(fù)載一側(cè)，電壓測(cè)量回路測(cè)得的結(jié)果就是負(fù)載電壓和電流測(cè)量回路的電壓之各，測(cè)量誤差僅是電流測(cè)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(yuǎn)電子PA功率分析儀采用了高穩(wěn)定度溫度補(bǔ)償?shù)?00M同步時(shí)鐘，保證ADC采樣每個(gè)通道的相位同步，電壓電流相位誤差在10ns以?xún)?nèi)。 在主機(jī)部分的模塊控制單元，我們采用了一個(gè)高穩(wěn)定度溫度補(bǔ)償?shù)?00M 同步時(shí)鐘，這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)將送到每一個(gè)通道的ADC，用來(lái)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?xún)?nèi)，減小測(cè)量時(shí)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(cè)量精度!行業(yè)內(nèi)測(cè)量存在功率因素過(guò)1，或者過(guò)低而無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量的難題，與儀器本身的引入誤差和測(cè)試方法有很大的關(guān)系。而在致遠(yuǎn)電子功率分析儀推出之前，早期的儀器基本依靠后期校準(zhǔn)，而非硬件同步時(shí)鐘源的方式，這源于電子技術(shù)進(jìn)步!如圖7所示。

圖7 PA功率分析儀架構(gòu)