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7 / 32 · 概念

负载效应改变测量结果

计算仪表和放大器输入的负载效应,而不是假定阻抗无限大。

每个连接的输入都是负载

电压表或放大器输入具有有限阻抗。连接它就增加支路,而支路改变 KCL。在此直流计算中,将源建模为戴维南电压串联电阻,再将输入建模为对地电阻。较高频率下,输入电容也重要;仅有直流电阻无法预测快速波形。

假设传感器开路输出 1 V,源电阻为 100 kΩ。1 MΩ 仪表读数为 1×1000/(100+1000)=0.9090911\times1000/(100+1000)=0.909091 V。约 9.09% 的误差来自测量连接,即使仪表本身完全校准也存在。10 MΩ 输入读数为 0.990099 V,约低 0.99%。

规定误差预算

电阻负载相对于开路电压的下降比例为 RS/(RS+RL)R_S/(R_S+R_L)。若要低于 1%,需满足 RL>99RSR_L>99R_S。等号时恰为 1%。常见的“大十倍”规则约有 9.09% 的下降,因此不满足 1% 要求。

输入电阻足够高、输出能驱动下一级的放大器可以隔离源。输入偏置电流通过源电阻会引入另一种电压误差。例如,10 nA 流过 100 kΩ 产生 1 mV。偏置电流、输入电阻和输入电容是独立效应;某项规格良好并不能消除其他效应。

进行诊断比较

预测输入连接和断开时的测量。如果高阻传感器在一个仪表上正常、在另一个上偏低,应先比较仪表阻抗,再考虑替换传感器。记录实际探头或仪表模式,因为可选模式可能使用不同阻抗。后续交流测量应保持测量线较短,并记录地连接。被测电路包含仪表,而不只是原图上的元件。

低阻 100 Ω 源驱动 1 MΩ 时,下降仅约 0.01%;这说明何时可合理忽略负载效应,而不是把所有测量都视为同样具有干扰。

自己试试

2 V 电源的 RS = 20 kΩ,驱动 100 kΩ 输入。到达输入的电压是多少?

阅读解释

V = 2 × 100/(20+100) = 1.666667 V。下降为 16.6667%。2 MΩ 输入会将下降减小到约 0.9901%。

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