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7 / 32 · 概念

負載效應改變量測結果

計算電表與放大器輸入的負載效應,而非假設阻抗無限大。

每個接入的輸入都是負載

電壓表或放大器輸入具有有限阻抗。接入便建立支路,而支路會改變 KCL。以戴維寧電壓與串聯電阻模擬電源,再以接地電阻模擬此直流計算中的輸入。較高頻率時,輸入電容也有影響;僅有標示的直流電阻無法預測快速波形。

假設感測器開路輸出為 1 V,源電阻為 100 kΩ。1 MΩ 電表讀到 1×1000/(100+1000)=0.9090911\times1000/(100+1000)=0.909091 V。約 9.09% 的誤差來自量測連接,即使電表本身校正完全正確。10 MΩ 輸入讀到 0.990099 V,約低 0.99%。

訂定誤差預算

電阻負載相對開路值的下降比例為 RS/(RS+RL)R_S/(R_S+R_L)。若要低於 1%,要求 RL>99RSR_L>99R_S。等號時恰為 1%。常見的「大十倍」規則約有 9.09% 下降,因此不符合 1% 的要求。

若放大器輸入電阻夠高,且輸出能驅動下一級,就可隔離訊號源。其輸入偏壓電流透過源電阻會引入另一個電壓誤差。例如,10 nA 流過 100 kΩ 產生 1 mV。偏壓電流、輸入電阻與輸入電容是不同效應;一項優良規格不能消除其他效應。

進行診斷比較

預測輸入接上與斷開時的量測。若高阻抗感測器在某個儀器下正確,在另一個儀器下偏低,替換感測器前先比較儀器阻抗。記錄實際探棒或電表模式,因可選模式可能使用不同阻抗。後續交流操作應保持短量測導線,並記錄接地連接。被量測的電路包含儀器,不只是原圖上的元件。

低阻抗 100 Ω 訊號源驅動 1 MΩ 時,下降僅約 0.01%;這能指出何時可合理忽略負載效應,而非將所有量測都視為同樣會干擾電路。

自己試試看

2 V 電源的 RS = 20 kΩ,驅動 100 kΩ 輸入。到達的電壓是多少?

查看解說

V = 2 × 100/(20+100) = 1.666667 V。下降為 16.6667%。2 MΩ 輸入可將下降減少至約 0.9901%。

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