低電平測(cè)量手冊(cè)

1、序電子測(cè)量技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)。在信息產(chǎn)業(yè)鏈中，測(cè)量技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)分別完成了信息的采集、傳輸和處理，使其在推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，促進(jìn)傳統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)代化的過(guò)程中起到了決定性的作用。 因此我們將電子測(cè)量技術(shù)與儀器稱為其他關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的催化劑、倍增器和戰(zhàn)斗力。 電流、電壓和電阻是國(guó)際量值體系(S1)中的三個(gè)重要參量單位，其與人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展密不可分，同時(shí)也是電子測(cè)量技術(shù)和儀器的基本研究對(duì)象。當(dāng)電流、電壓信號(hào)的量值小到一定程度，比如納伏、皮安時(shí)，對(duì)它們的準(zhǔn)確測(cè)量就變得非常的復(fù)雜困難。然而科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步又要求必須對(duì)這種微弱的信號(hào)進(jìn)行精確的捕捉和測(cè)量，例如航空航天測(cè)控、半導(dǎo)體集成電路的測(cè)試、

2、新型材料的研究、以及生命科學(xué)發(fā)展所需的分析測(cè)試等等。為此一代又一代的科學(xué)家和工程技術(shù)人員在茫茫噪聲的大海中探索、搜尋，目的就是使儀器可測(cè)量的靈敏度越來(lái)越高，對(duì)被檢測(cè)信號(hào)的分辨能力越來(lái)越強(qiáng)，以至于逼進(jìn)其物理極限值。 眾所周知，美國(guó)Keithley公司在微弱信號(hào)測(cè)量領(lǐng)域堪稱一絕，具有數(shù)十年來(lái)積累下的深厚理論功底和豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其不僅制造出了全系列的高技術(shù)產(chǎn)品，而且為業(yè)內(nèi)人士貢獻(xiàn)了“低電平測(cè)量手冊(cè)”一書(shū)。該手冊(cè)自1972年面世，至今已出到了第六版。該手冊(cè)避免了繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，完全從測(cè)試中的實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，深入淺出地讓讀者了解到如何正確地進(jìn)行低電平測(cè)量，以達(dá)到對(duì)微弱電信號(hào)進(jìn)行捕獲和定量分析的目的。手冊(cè)中

3、不僅有比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)量術(shù)語(yǔ)的定義，還有具體的消除或避免測(cè)量誤差的方法與應(yīng)用實(shí)例，可以讓讀者一目了然，非常實(shí)用；可稱為是現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用、立竿見(jiàn)影的范例。應(yīng)廣大讀者和用戶要求，我們組織翻譯、出版了“低電平測(cè)量手冊(cè)”的中文版，目的就是讓更多的從事弱小信號(hào)測(cè)量的工程技術(shù)人員能更直接、更迅速地理解這本手冊(cè)中的理念和方法、并應(yīng)用其中提出的方案以解決測(cè)試實(shí)踐中的問(wèn)題。 “低電平測(cè)量手冊(cè)”第1章和全部插圖由崔建平翻譯，第2、3、4章由汪鐵華翻譯，全書(shū)經(jīng)戚繼明、王中武校對(duì)。鑒于時(shí)間倉(cāng)促，水平有限，手冊(cè)中文版的缺點(diǎn)、錯(cuò)誤在所難免，望讀者閱讀后多提寶貴意見(jiàn)，以便今后再版時(shí)更正。 在此感謝美國(guó)吉時(shí)利(Keithley)儀器公

4、司北京辦事處對(duì)本書(shū)翻譯、出版提供的幫助。希望“低電平測(cè)量手冊(cè)”中文版的出版為所有關(guān)心它的讀者帶來(lái)預(yù)期的幫助和收益。崔建平 2005年9月18日譯者簡(jiǎn)介崔建平先生 1975年畢業(yè)于北京工業(yè)大學(xué)無(wú)線電系。高級(jí)工程師、中國(guó)電子學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員。歷任北京無(wú)線電技術(shù)研究所技術(shù)員、工程師、研究室主任、所長(zhǎng)助理、副所長(zhǎng)，美國(guó)AMERITEC公司中國(guó)首席代表，電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)總編。三十年來(lái)一直從事電子測(cè)量?jī)x器及計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)測(cè)試等領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)和管理工作。 汪鐵華先生 1964年畢業(yè)于北京大學(xué)無(wú)線電電子學(xué)系。教授級(jí)高級(jí)工程師、中國(guó)電子學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員。1980年教育部派赴加拿大訪問(wèn)學(xué)者。北京市有突出貢獻(xiàn)專家，1991

5、年榮獲首批國(guó)務(wù)院政府特殊津貼。多年來(lái)從事數(shù)字式電子測(cè)量?jī)x器、微型計(jì)算機(jī)方面的研制工作及相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)英語(yǔ)口譯、筆譯工作。 戚繼明先生 生于1931年，江蘇無(wú)錫人。學(xué)歷：大學(xué)本科。主要從事于俄文與英文翻譯、電子測(cè)量與儀器情報(bào)分析和研究。1982年創(chuàng)辦國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)雜志,任主編至2005年。1987年創(chuàng)辦電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，現(xiàn)任常務(wù)副社長(zhǎng)兼副總編。90年代先后編著出版了英漢電子測(cè)量技術(shù)詞匯和現(xiàn)代英漢電子測(cè)量與儀器技術(shù)詞匯,分別由宇航出版社和電子工業(yè)出版社出版。為推動(dòng)我國(guó)電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。 王中武先生 1987年畢業(yè)于北京大學(xué)無(wú)線電電子學(xué)系，后在中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院獲理學(xué)碩士。資深市

6、場(chǎng)營(yíng)銷人員，現(xiàn)任美國(guó)吉時(shí)利儀器公司中國(guó)區(qū)市場(chǎng)經(jīng)理。王中武先生于1990在中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院工作，任技術(shù)工程師，1994年加盟吉時(shí)利儀器公司做銷售代表，后任區(qū)域營(yíng)銷經(jīng)理，通訊市場(chǎng)銷售經(jīng)理，中國(guó)區(qū)營(yíng)銷經(jīng)理等職位，有多年的市場(chǎng)營(yíng)銷經(jīng)驗(yàn)。在微弱信號(hào)測(cè)量方面有許多經(jīng)驗(yàn)，在全國(guó)許多城市、大學(xué)及研究所進(jìn)行過(guò)微弱信號(hào)測(cè)量方面的講座和技術(shù)交流會(huì)。附錄 A 低電平測(cè)量 故障診斷指南測(cè)量類型和典型應(yīng)用誤差現(xiàn)象可能的原因如何避免低電壓標(biāo)準(zhǔn)電池比對(duì)偏置電壓熱電動(dòng)勢(shì)使用銅-銅連接約瑟夫遜結(jié)陣列電壓使所有的連接保持在同一溫度量熱計(jì)讀數(shù)噪聲偏大熱電動(dòng)勢(shì)同上熱電動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)干擾使用雙絞線連接繼電器/連接器接點(diǎn)電壓去除或屏蔽磁場(chǎng)磁電

7、動(dòng)勢(shì)地回路單點(diǎn)接地低電流離子束/電子束電流偏置電流絕緣體漏電保護(hù)/選擇好的絕緣體/很好的清潔處理隧道電流儀表的偏置電流選擇皮安表/靜電計(jì)元器件漏電暗電流用REL功能消去或減去光探測(cè)器電流讀數(shù)噪聲偏大靜電耦合屏蔽、避免高電壓及在附近移動(dòng)絕緣體漏電/擊穿振動(dòng)/變形隔離房間的振動(dòng)。使用低噪聲電纜。使用MOS電荷泵電流高輸入電容分流安培計(jì)或者增加串聯(lián)電阻。使DUT、準(zhǔn)靜態(tài)電容偏置電流漂移儀表與溫度都保持穩(wěn)定。摩擦電、壓電電流低電壓時(shí)的增益誤差輸入端壓降使用反饋式安培計(jì)。使用較高的量程。低電阻超導(dǎo)體電阻讀數(shù)偏大引線電阻四線方法(Kelvin連接)金屬電阻讀數(shù)漂移熱電動(dòng)勢(shì)脈沖式激勵(lì)信號(hào)（Delta模式/偏

8、置補(bǔ)償法）裂紋增長(zhǎng)/疲勞讀數(shù)噪聲偏大磁場(chǎng)干擾去除/屏蔽磁場(chǎng)搭接（Bonding）電阻使用雙絞線繼電器/連接器接點(diǎn)電阻高電阻絕緣電阻讀數(shù)過(guò)低于DUT并聯(lián)的夾具電阻使用絕緣電阻更高的夾具和電纜防護(hù)技術(shù)能有效地增加并聯(lián)電阻PCB板、襯底或封裝材料的表面絕緣電阻電壓表輸入電阻低使用靜電計(jì)或使用加電壓測(cè)電流的方法。材料的電阻率偏置電流在測(cè)試電壓關(guān)閉時(shí)，抑制或用REL功能消去偏置電流。使用交替電壓極性的方法。聚合物的電導(dǎo)率用REL功能消去或減去表面/體電阻率四探針測(cè)量讀數(shù)噪聲偏大靜電耦合屏蔽、避免附近物體的移動(dòng)或電壓的變化。使用交替電壓極性的方法。分布電阻共模電流將DUT的一端接地。使用模擬濾波器高源內(nèi)阻

9、測(cè)電壓PH或離子選擇電極讀數(shù)過(guò)低（負(fù)載誤差）分流電阻使用絕緣電阻更高的夾具和電纜防護(hù)技術(shù)能有效地增加并聯(lián)電阻介電吸收偏置電流使用靜電計(jì)FET柵極電壓靜電耦合屏蔽、避免附近物體的移動(dòng)或電壓的變化?；魻栃?yīng)電壓讀數(shù)噪聲偏大儀器產(chǎn)生的波動(dòng)電流使用靜電計(jì)附錄 B 電纜和連接器組件合適的電纜和連接器組件對(duì)于保持低電平測(cè)量工作的完整性是一個(gè)很重要的因素。一般地說(shuō)，低電平測(cè)量工作使用三種類型的電纜：同軸電纜、三同軸電纜（triaxial）和屏蔽的雙絞線。此外，電纜還常常按照低噪聲或者低熱電動(dòng)勢(shì)的要求來(lái)設(shè)計(jì)。在將低噪聲的同軸電纜或三同軸電纜直接連到源或者連接到連接器組件之前，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)備工作，此時(shí)應(yīng)當(dāng)遵

10、照如圖B-1所說(shuō)明的步驟： 1 輕輕地切去電纜的外層絕緣材料，但不得切到屏蔽層。 2 使用尖的針拆開(kāi)屏蔽編織層。 3 將編織層絞合起來(lái)，并且用甲醇徹底清除所有的石墨痕跡。對(duì)于三同軸電纜來(lái)說(shuō)，對(duì)內(nèi)層屏蔽重復(fù)上述的步驟。 4 將中心導(dǎo)體剪成適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，剝?nèi)ブ行膶?dǎo)體上的絕緣材料，并且將導(dǎo)體端部“鍍錫”。 5 在準(zhǔn)備將要插入連接器的電纜時(shí)，按照所使用的特定連接器的裝配說(shuō)明，將電纜的編織層向后剪去。 連接器應(yīng)當(dāng)具有很高的絕緣電阻。通常人們?cè)敢馐褂镁鬯姆蚁?，因?yàn)檫@種材料能夠抵御表面污染。同軸的或三同軸的電纜都有使用聚四氟乙烯作為絕緣材料的產(chǎn)品。 注意，BNC連接器和雙槽的三同軸連接器很類似，要特別注意只

11、使用互相匹配的連接器。如果將BNC連接器和雙槽的三同軸連接器配合使用，其結(jié)果將會(huì)損壞插頭和插座。在適當(dāng)?shù)那闆r下，使用三槽的三同軸連接器就可以解決這個(gè)問(wèn)題。 雖然有些低電平儀器使用同軸連接器，但是大多數(shù)儀器都使用三同軸連接器。三同軸電纜具有高共模測(cè)量中所需要的接地屏蔽。一般來(lái)說(shuō)，外層屏蔽連至電源地，而內(nèi)層屏蔽則連至信號(hào)LO端。而且，三同軸方式的連接容易使用保護(hù)技術(shù)。在這種配置中，內(nèi)層屏蔽連至保護(hù)電位，而外層屏蔽連至地。當(dāng)曝露的金屬處于保護(hù)電位，而保護(hù)電壓大于30V有效值時(shí)，使用這種方案會(huì)存在不安全的危險(xiǎn)。 和任何絕緣器件一樣，連接器的絕緣部分必須保持清潔，以免降低其泄漏電阻。避免觸摸其絕緣材料。

12、如果連接器受到污染，可以用甲醇或者蒸餾水來(lái)清洗。清洗時(shí)只能使用最純的清潔劑，將污染物從污染區(qū)域徹底沖掉。除去所有的污染物之后，將連接器在低濕度的環(huán)境中干燥幾個(gè)小時(shí)，然后再使用。 附錄 C 技術(shù)術(shù)語(yǔ)Absolute Accuracy（絕對(duì)準(zhǔn)確度） ： 儀器的讀數(shù)和對(duì)于公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)具有絕對(duì)溯源性的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的讀數(shù)之間接近程度的度量。 A/D（Analog-To-Digital）Converter（模數(shù)變換器）： 用來(lái)把模擬輸入信號(hào)變換成數(shù)字信息的電路。所有的數(shù)字儀表都使用A/D變換器將輸入信號(hào)變換為數(shù)字信息。 Analog Output （模擬輸出）： 直接正比于輸入信號(hào)的輸出。 Ass

13、embler（分子組裝器）： 一種能夠通過(guò)放置分子來(lái)指導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的分子制造設(shè)備。通過(guò)對(duì)其編程實(shí)際上能夠從比較簡(jiǎn)單的化學(xué)組件制造出任何分子結(jié)構(gòu)或器件。 Auto-Ranging（自動(dòng)量程）： 儀器自動(dòng)地在各個(gè)量程之間切換，以確定給出最高分辨率的量程的能力。各個(gè)量程通常是按十進(jìn)值步進(jìn)的。 Auto-Ranging Time（自動(dòng)量程時(shí)間）： 對(duì)于具有自動(dòng)量程能力的儀器來(lái)說(shuō)，自動(dòng)量程時(shí)間是從向儀器加入步進(jìn)輸入信號(hào)到儀器顯示出結(jié)果之間的時(shí)間間隔，其中包括確定并改變到正確量程的時(shí)間。 Bandwidth（帶寬）： 在一定的限度內(nèi)能夠通過(guò)或者放大的頻率范圍。帶寬通常按-3dB（半功率）點(diǎn)來(lái)規(guī)定。 Bias

14、 Voltage（偏置電壓）： 在測(cè)試時(shí)，加到電路或器件上用來(lái)建立器件的參考電平或者工作點(diǎn)的電壓。 Capacitance（電容）： 在電容器或者由導(dǎo)體和介電材料組成的系統(tǒng)中，當(dāng)導(dǎo)體之間存在電位差時(shí)，能夠儲(chǔ)存電氣上分離的電荷的性質(zhì)。電容與電荷及電壓的關(guān)系為：C=Q/V，其中C為以法拉為單位的電容， Q為以庫(kù)侖為單位的電荷，V為以伏特為單位的電壓。 Carbon Nanotube（碳納米管）： 由單層碳原子形成的、具有新的電學(xué)和張力性質(zhì)的管狀納米器件。這種纖維可能表現(xiàn)出象銅那樣高的導(dǎo)電性,，象金剛石那樣的導(dǎo)熱性，其強(qiáng)度比鋼高100倍，而重量卻只有鋼的六分之一，能夠承受很高的應(yīng)變而不會(huì)損壞。這種材

15、料可以是超導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體或者導(dǎo)體（金屬）。非碳的納米管通常稱為納米線，通常由氮化硼或者硅生成。 Channel （switching）（通道與開(kāi)關(guān)）： 開(kāi)關(guān)卡上若干個(gè)信號(hào)通道之一。對(duì)于掃描器或多路選通卡來(lái)說(shuō)，在測(cè)量電路中通道用作開(kāi)關(guān)輸入，在源電路中通道用作開(kāi)關(guān)輸出。在開(kāi)關(guān)卡上，每個(gè)通道與其它的通道獨(dú)立。在矩陣卡上，通道則由行列交叉點(diǎn)上的繼電器的動(dòng)作而形成。 Coaxial Cable（同軸電纜）： 由兩個(gè)或者多個(gè)互相絕緣的同軸柱形導(dǎo)體形成的電纜。最外層導(dǎo)體通常為大地端。 Common-Mode Rejection Ratio（CMRR）（共模抑制比）： 儀器對(duì)于其輸入端對(duì)地的公共電壓干擾

16、的抑制能力。通常用給定頻率下的分貝數(shù)來(lái)表示。 Common-Mode Current（共模電流）： 在儀器的輸入低端和機(jī)箱地之間流過(guò)的電流。 Common-Mode Voltage（共模電壓）： 在儀器的輸入低端和儀器大地之間的電壓。 Contact Resistance（接觸電阻）： 當(dāng)繼電器或者連接器的接點(diǎn)閉合或接觸時(shí)，其接點(diǎn)之間以歐姆為單位的電阻。 Contamination（沾污）： 通常用來(lái)說(shuō)明不希望的物質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體或絕緣體的物理、化學(xué)、或電學(xué)性質(zhì)的不良的影響。 D/A（Digital-To-Analog）Converter（數(shù)模變換器）： 用來(lái)把數(shù)字信息變換成模擬信號(hào)的電路。在很多的

17、儀器中都使用數(shù)模變換器來(lái)提供隔離的模擬輸出。 Dielectric Absorption（介電吸收）： 以前充電的電容器在瞬時(shí)放電以后，剩余儲(chǔ)存電荷的效應(yīng)。 Digital Multimeter（DMM）（數(shù)字多用表）： 將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信息并進(jìn)行顯示，測(cè)量電壓、電流、電阻、或其它電參數(shù)的電子儀器。 Drift（漂移）： 輸入信號(hào)或者工作條件不變時(shí)，讀數(shù)的逐漸變化。 Dry Circuit Testing（干電路測(cè)試）： 為了不影響被測(cè)器件的氧化層或者使其發(fā)生其它性能下降，保持器件兩端的電壓為一定電平（例如 20mV）的測(cè)量過(guò)程。 Electrochemical Effect（電化學(xué)效應(yīng)）

18、： 由沾污和濕度引起的原電池效應(yīng)而產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。 Electrometer（靜電計(jì)）： 專門精制的直流多用表。與數(shù)字多用表相比，靜電計(jì)的特點(diǎn)是更高的輸入阻抗和更高的電流靈敏度。它還可能具有一般數(shù)字多用表所沒(méi)有的功能（例如，測(cè)量電荷、輸出電壓等）。EMF（電動(dòng)勢(shì)）： 電動(dòng)勢(shì)或者熱電勢(shì)。EMF通常用于由電磁、電化學(xué)或者熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電壓差的情況。 Electrostatic Coupling（靜電耦合）： 由導(dǎo)體附近變化或運(yùn)動(dòng)的電壓源產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。 Error（誤差）： 測(cè)量結(jié)果與其真值的偏差（差值或者比率）。真值由其本質(zhì)決定是不可能確定的。參見(jiàn)Random Error和Systematic

19、Error。 Fall Time（下降時(shí)間） ： 信號(hào)從其峰-峰值的一個(gè)大的百分比（通常為90%）變到其峰-峰值的一個(gè)小的百分比（通常為10%）所需要的時(shí)間。參見(jiàn)Rise Time。 Faraday Cup（法拉第杯）： 法拉第杯（有時(shí)又稱為法拉第籠或法拉第桶）是用金屬板或者金屬網(wǎng)制成的封閉設(shè)備。它由兩個(gè)電極組成，一個(gè)在另一個(gè)的內(nèi)部，由絕緣體分開(kāi)。內(nèi)電極連到靜電計(jì)，外電極連到地。當(dāng)帶電物體放到內(nèi)電極里面的時(shí)候，所有的電荷就將流到測(cè)量?jī)x器。由于閉合、中空的導(dǎo)體中的電場(chǎng)為零，所以，法拉第杯就把放在其內(nèi)部的物體屏蔽起來(lái)，不受大氣的或者任何寄生的電場(chǎng)的影響。這樣就能準(zhǔn)確地測(cè)量物體上的電荷。 Feedb

20、ack Picoammeter（反饋式皮安計(jì)）： 使用運(yùn)算放大器反饋結(jié)構(gòu)把輸入電流變換成電壓進(jìn)行測(cè)量的靈敏的安培計(jì)。 Floating（浮地）： 在大地和感興趣的儀器或電路之間存在共模電壓的電路狀態(tài)。（電路低端不連到地電位） Four-Point Probe（四探針）： 四點(diǎn)同線探針電阻率測(cè)量技術(shù)用四個(gè)等距離的探針和未知電阻率的材料接觸。此探針陣列放在材料的中央。使已知的電流流過(guò)兩個(gè)外部的探針，而在兩個(gè)內(nèi)部的探針進(jìn)行電壓取樣。電阻率計(jì)算如下： 其中：V = 測(cè)量出的電壓（伏特） I = 所加的電流（安培） t = 晶圓片的厚度（厘米） k = 由探針與晶圓片直徑之比和晶圓片厚度與探針?lè)珠_(kāi)距離之

21、比決定的修正因數(shù)。 Four-Terminal Resistance Measurement（四端電阻測(cè)量）： 用兩條引線向未知電阻供給電流，用另外兩條引線測(cè)量未知電阻兩端的電壓降的測(cè)量方法。在測(cè)量低電阻時(shí)，四端測(cè)量方法具有最大的好處。 Fullerene（富勒）： 又稱為C60，是一個(gè)近似球形的、中空的碳分子，它包含60個(gè)排列成互鎖的六角形和五角形的碳原子，令人回憶起建筑學(xué)家R. Buckminster Fuller創(chuàng)造的測(cè)地線形的園屋頂。有時(shí)又稱為buckminsterfullerene或者buckyball。 Ground Loop（地回路）： 兩臺(tái)或者多臺(tái)儀器連到地線的不同點(diǎn)和大地或電

22、源地時(shí)出現(xiàn)的情況。地回路能夠產(chǎn)生不希望的偏置電壓或者噪聲。 Guarding（保護(hù)）： 一種降低泄漏誤差、減小響應(yīng)時(shí)間的技術(shù)。保護(hù)的做法是用一個(gè)由低阻抗源驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)體包圍高阻抗信號(hào)的引線。保護(hù)電壓保持在或者接近該信號(hào)電壓的電位。 Hall Effect（霍爾效應(yīng)）： 當(dāng)導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中時(shí)，測(cè)量跨越該導(dǎo)體的橫向電壓。通過(guò)這種測(cè)量，可以確定硅中的載流子的類型、濃度和移動(dòng)性。 High Impedance Terminal（高阻抗端子）： 源阻抗乘以期望的寄生電流（例如：1礎(chǔ)）超過(guò)需要的電壓測(cè)量靈敏度的端子。 Input Bias Current（輸入偏置電流）： 由于儀器內(nèi)部的電流和偏置電壓而在儀器輸

23、入端流動(dòng)的電流。 Input Impedance（輸入阻抗）： 在輸入端測(cè)量出的并聯(lián)的電阻和電容（或者電感），不包括輸入偏置或者偏置電流的影響。 Input Offset Current（輸入偏置電流）： 為了使輸出指示值為零，而在差動(dòng)儀器的輸入測(cè)量端加入的兩個(gè)電流之差（輸入電壓和偏置電壓均為零）。有時(shí)非正式地用來(lái)代表輸入偏置電流。 Input Offset Voltage（輸入偏置電壓）： 在經(jīng)過(guò)電阻通路加入偏置電流的情況下，為了使輸出指示值為零而在輸入測(cè)量端之間必須直接加入的電壓。 Input Resistance（輸入電阻）： 輸入阻抗的電阻分量。 Insulation Resistan

24、ce（絕緣電阻）： 絕緣材料的歐姆電阻。絕緣電阻隨著濕度的上升而迅速下降。 Johnson Noise（約翰遜噪聲）： 電阻器中由于電荷載體的熱運(yùn)動(dòng)而引起的噪聲。它具有白噪聲頻譜，并且由溫度、帶寬和電阻值決定。 Leakage Current（泄漏電流）： 當(dāng)施加電壓時(shí)，流過(guò)（漏過(guò)）絕緣電阻的誤差電流。即使在弱電流導(dǎo)體與附近的電壓源之間的高電阻通路中也能產(chǎn)生很大的泄漏電流。 Long-Term Accuracy（長(zhǎng)期準(zhǔn)確度）： 在90天或者更長(zhǎng)的時(shí)間期間內(nèi)，誤差不能超過(guò)的極限值。它的表達(dá)方式為在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，讀數(shù)（或者輸出值）的百分?jǐn)?shù)加上字?jǐn)?shù)。 Maximum Allowable Inpu

25、t（最大允許輸入）： 在高、低輸入測(cè)量端之間可以加入的、不致?lián)p壞儀器的最大直流加交流峰值數(shù)值（電壓或者電流）。 MEMS（Microelectromechanical system）（微機(jī)電系統(tǒng)）： 能夠響應(yīng)激勵(lì)或者產(chǎn)生物理力（傳感器和執(zhí)行器），并具有微米級(jí)尺寸的系統(tǒng)。通常采用與制造硅基IC相同的平面技術(shù)來(lái)制造。 Micro-ohmmeter（微歐姆計(jì)）： 專門針對(duì)低阻測(cè)量的歐姆計(jì)。典型的微歐姆計(jì)采用四端測(cè)量方法，并且具有專門的特點(diǎn)以獲得最好的低阻測(cè)量準(zhǔn)確度。 Molecular Electronics（分子電子學(xué)）： 由納米尺寸的原子級(jí)精密電子器件，特別是由離散的原子元件，而不是當(dāng)今半導(dǎo)體器

26、件中所使用的連續(xù)材料制成的器件組成的系統(tǒng)。 Molecular Manipulator（分子操縱器）： 將鄰近探頭機(jī)構(gòu)和頂端的分子粘合點(diǎn)組合起來(lái)，用于原子級(jí)精密定位的裝置?？梢宰鳛橛梦恢镁C合建造復(fù)雜機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。 Molecular Manufacturing（分子制造業(yè)）： 使用分子機(jī)械，通過(guò)定位化學(xué)合成對(duì)產(chǎn)品和副產(chǎn)品的分子進(jìn)行逐個(gè)控制的制造業(yè)。 Molecular Nanotechnology（分子納米工藝）： 按照對(duì)產(chǎn)品和副產(chǎn)品進(jìn)行逐個(gè)分子控制的方法，徹底地、經(jīng)濟(jì)地控制物質(zhì)結(jié)構(gòu)；產(chǎn)品和分子制造工藝包括分子機(jī)械。 MOSFET（金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管）： 具有極高輸入電阻特性的單極性器件。

27、Nano-（納）： 前綴，其意義為十億分之一。 Nanoelectronics（納米電子學(xué)）： 納米尺度上的電子學(xué)。包括分子電子學(xué)和類似于當(dāng)今半導(dǎo)體器件的納米尺寸器件。 Nanotechnology（納米技術(shù)）： 制作具有原子或分子尺寸精密度的器件。一般認(rèn)為最小尺寸小于100納米的器件為納米技術(shù)產(chǎn)品。納米（十億分之一米，即10-9米）是通常最適合描述單個(gè)分子的尺寸的單位。 Nanovoltmeter（納伏表）： 最適合提供納伏靈敏度的電壓表（一般都采用低熱電動(dòng)勢(shì)的連接器、偏置補(bǔ)償?shù)龋?Noise（噪聲）： 疊加在有用信號(hào)上的任何不希望有的信號(hào)。 Normal-Mode Rejection R

28、atio（NMRR）（串模抑制比）： 儀器抑制跨越其輸入端的干擾的能力。通常用一定頻率下的分貝數(shù)來(lái)表示，例如交流電源頻率下的分貝數(shù)。 Normal-Mode Voltage（串模電壓）： 在儀器高、低輸入端之間所加的電壓。 Offset Current（偏置電流）： 在沒(méi)有加入信號(hào)的情況下電路產(chǎn)生的電流。偏置電流是在電路中存在摩擦電、壓電、或者電化學(xué)效應(yīng)的情況下產(chǎn)生的。 Overload Protection（過(guò)載保護(hù)）： 保護(hù)儀器不受其輸入端的過(guò)高電流或電壓影響的電路。 Picoammeter（皮安計(jì)）： 最適合精密測(cè)量小電流的安培計(jì)。一般為反饋安培計(jì)。Piezoelectric Effec

29、t（壓電效應(yīng)）： 用來(lái)說(shuō)明向某種類型的絕緣體施加應(yīng)力的時(shí)候產(chǎn)生電流的術(shù)語(yǔ)。 Precision（精度）： 代表測(cè)量中的不確定的程度。常常用在可重復(fù)性或者可復(fù)制性等場(chǎng)合，但不應(yīng)當(dāng)用于準(zhǔn)確度的場(chǎng)合。參見(jiàn) Uncertainty。 Quantum Dot（量子點(diǎn)）： 能夠束縛一個(gè)或幾個(gè)電子的納米級(jí)尺寸的物體（通常為一個(gè)半導(dǎo)體島），其中電子占據(jù)離散的能量狀態(tài)，就象在原子里一樣。量子點(diǎn)曾被稱為“人造原子”。 Random Error（隨機(jī)誤差）： 受隨機(jī)誤差方式影響的大量測(cè)量結(jié)果的平均值與真值的偏差。參見(jiàn)Systematic Error。 Range（量程）： 能夠測(cè)量或者輸出的信號(hào)數(shù)值的連續(xù)帶。在雙極

30、性儀器中，量程包括正值和負(fù)值。 Reading（讀數(shù)）： 代表輸入信號(hào)特性的顯示數(shù)字。 Reading Rate（讀數(shù)速率）： 讀數(shù)更新的速率。讀數(shù)速率是讀數(shù)之間的時(shí)間間隔的倒數(shù)。 Relative Accuracy（相對(duì)準(zhǔn)確度）： 測(cè)量?jī)x器相對(duì)于第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度。參見(jiàn)Absolute Accuracy。 Repeatability（重復(fù)性）： 在相同條件下，連續(xù)進(jìn)行的測(cè)量之間的一致性。 Reproducibility（復(fù)現(xiàn)性）： 按照給定的變化條件，對(duì)同一個(gè)量所進(jìn)行的測(cè)量之間的一致性。 Resolution（分辨率）： 可以測(cè)量（或輸出）和顯示的輸入（或輸出）信號(hào)的最小的部分。 Respo

31、nse Time（響應(yīng)時(shí)間）： 對(duì)測(cè)量?jī)x器來(lái)說(shuō)，是指從加入階躍輸入信號(hào)到按照額定的準(zhǔn)確度指示出其幅度值的時(shí)間；對(duì)源儀器來(lái)說(shuō)，是指從程控儀器進(jìn)行改變到在其輸出端得到該數(shù)值的時(shí)間。參見(jiàn) Settling Time。 Rise Time（上升時(shí)間）： 信號(hào)從其峰-峰值的一個(gè)小的百分比（通常為10%）變到其峰-峰值的一個(gè)大的百分比（通常為90%）所需要的時(shí)間。參見(jiàn)Fall Time。 Sensitivity（靈敏度）： 可以測(cè)量或顯示的最小的量。 Settling Time（建立時(shí)間）： 對(duì)測(cè)量?jī)x器來(lái)說(shuō)，是指從加入階躍輸入信號(hào)到按照額定的準(zhǔn)確度指示出其幅度值的時(shí)間；對(duì)源儀器來(lái)說(shuō)，是指從程控儀器進(jìn)行改變

32、到在其輸出端得到該數(shù)值的時(shí)間。參見(jiàn)Response Time。 Shielding（屏蔽）： 圍繞著被測(cè)量電路的金屬閉合體或者圍繞著導(dǎo)線（同軸電纜或者三同軸電纜）的金屬套，用來(lái)接收干擾、交互作用和泄漏。屏蔽通常接地或者連到輸入低端。 Shunt Ammeter（分流安培計(jì)）： 采用分流電阻將輸入電流變換成電壓來(lái)測(cè)量電流的安培計(jì)。分流安培計(jì)比反饋安培計(jì)的輸入端壓降更高、靈敏度更低。 Shunt Capacitance Loading（并聯(lián)電容負(fù)載）： 輸入端子之間的電容（如電纜或設(shè)備）對(duì)測(cè)量的影響。并聯(lián)電容會(huì)增加上升時(shí)間和建立時(shí)間。 Short-Term Accuracy（短期準(zhǔn)確度）： 在連續(xù)

33、工作一個(gè)短的、規(guī)定的時(shí)間期間（例如24小時(shí)），誤差不得超過(guò)的極限值。除非另有規(guī)定，不允許進(jìn)行任何類型的調(diào)零和調(diào)節(jié)。它的表達(dá)方式為在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，讀數(shù)（或者輸出值）的百分?jǐn)?shù)加上字?jǐn)?shù)。 Single Electron Transistor（單電子晶體管）： 采用受控的電子隧道來(lái)放大電流的開(kāi)關(guān)器件。單電子晶體管由共用一個(gè)公共電極的兩個(gè)隧道結(jié)構(gòu)成。隧道結(jié)則是由以一片極薄（約為1納米）的絕緣體分開(kāi)的兩片金屬組成的。電子從一個(gè)金屬電極行進(jìn)到另一個(gè)電極的唯一方法是隧道穿越該絕緣體。隧道穿越是一種離散的過(guò)程，流過(guò)隧道結(jié)的電荷是以單個(gè)電子的電荷e的倍數(shù)來(lái)流動(dòng)的。 Source Impedance（源阻抗）：

34、 源對(duì)于測(cè)量?jī)x器輸入端呈現(xiàn)的電阻和容抗或感抗的組合。 Source-Measure Unit（SMU）（源-測(cè)量單元）： 能夠輸出和測(cè)量直流電壓和電流的電子儀器。一般的說(shuō)，SMU具有兩種工作模式：電壓源、電流測(cè)量，或者電流源、電壓測(cè)量。又稱為源-監(jiān)視單元或者激勵(lì)-測(cè)量單元。 SourceMeter（數(shù)字源表）： 數(shù)字源表儀器在很多方面類似于源-測(cè)量單元，這包括輸出和測(cè)量電流和電壓以及進(jìn)行掃描的能力。此外，數(shù)字源表儀器能夠直接以電阻、電壓和電流的形式顯示測(cè)量結(jié)果。它是為通用的、高速生產(chǎn)測(cè)試應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它也可以在中-低電平測(cè)量中作為源來(lái)使用，或者用于研究工作中。 Source Resistanc

35、e（源電阻）： 源阻抗的電阻分量。參見(jiàn)Thevenin Equivalent Circuit。 Spintronics（旋轉(zhuǎn)電子學(xué)）： 以某種方式利用電子旋轉(zhuǎn)，而不只考慮其電荷的電子學(xué)。 Standard Cell（標(biāo)準(zhǔn)電池）： 在實(shí)驗(yàn)室中用作電壓參考標(biāo)準(zhǔn)的電化學(xué)電池。 Superconductor（超導(dǎo)體）： 具有零電阻的導(dǎo)體。這種材料通常只在很低的溫度下才變成超導(dǎo)體。 Switch Card（開(kāi)關(guān)卡）： 具有獨(dú)立或者絕緣的繼電器，來(lái)切換每個(gè)通道的輸入和輸出的一類電路卡。 Switching Mainframe（開(kāi)關(guān)主機(jī)）： 用來(lái)連接源、測(cè)量?jī)x器和被測(cè)設(shè)備的信號(hào)的一種開(kāi)關(guān)儀器。這種主機(jī)又稱為

36、掃描器、多路器、矩陣或者程控開(kāi)關(guān)。 Systematic Error（系統(tǒng)誤差）： 受系統(tǒng)誤差方式影響的大量測(cè)量結(jié)果的平均值與真值的偏差。參見(jiàn)Random Error。 Temperature Coefficient（溫度系數(shù)）： 對(duì)讀數(shù)（或者輸出值）隨溫度的變化而變化的一種度量。表示為每度溫度變化時(shí)的讀數(shù)（或者輸出值）的百分?jǐn)?shù)加上字?jǐn)?shù)。 Temperature Coefficient of Resistance（電阻溫度系數(shù)）： 每度溫度變化時(shí)，材料或器件的電阻變化量，通常表示為ppm/。 Thermoelectric EMFs（熱電動(dòng)勢(shì)）： 在電路中，或者當(dāng)不同材料的導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，由于

37、溫度差而產(chǎn)生的電壓。 Thevenin Equivalent Circuit（戴文寧等效電路）： 用來(lái)對(duì)復(fù)雜的兩端線性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡(jiǎn)化分析的電路。戴文寧等效電壓為開(kāi)路電壓，戴文寧等效電阻等于開(kāi)路電壓除以短路電流。 Transfer Accuracy（傳遞準(zhǔn)確度）： 在有限溫度范圍和時(shí)間期間內(nèi)，兩個(gè)接近相等的測(cè)量的比較，表達(dá)為ppm。參見(jiàn)Relative Accuracy、Short-Term Accuracy。 Triboelectric Effect（摩擦電效應(yīng)）： 由導(dǎo)體和絕緣體之間摩擦生成的電荷而產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。 Trigger（觸發(fā)）： 啟動(dòng)一個(gè)或多個(gè)儀器功能的外部激勵(lì)。觸發(fā)激勵(lì)包括：輸入

38、信號(hào)、前面板操作、外部觸發(fā)脈沖、IEEE-488總線X、講和GET觸發(fā)。Two-Terminal Resistance Measurement（兩端電阻測(cè)量）： 通過(guò)同一套測(cè)試引線加入源電流并進(jìn)行電壓取樣的測(cè)量方法。 Uncertainty（不確定度）： 對(duì)測(cè)量中可能的誤差的估計(jì)，換言之，估計(jì)的與實(shí)際值可能的偏差。 van der Pauw Measurement（范德堡測(cè)量）： 用來(lái)測(cè)量任意形狀樣品的電阻率的測(cè)量技術(shù)。 Voltage Burden（輸入端壓降）： 安培計(jì)輸入端上的電壓降。 Voltage Coefficient（電壓系數(shù)）： 電阻值隨所加電壓的不同而變化。通常表示為百分?jǐn)?shù)/

39、V或者ppm/V。 Warm-Up Time（預(yù)熱時(shí)間）： 從接通電源到儀器達(dá)到參考條件下的額定準(zhǔn)確度所需要的時(shí)間。 Zero Offset（零點(diǎn)偏置）： 測(cè)量?jī)x器的輸入端短路（電壓表）或者開(kāi)路（電流表）時(shí)，發(fā)生的讀數(shù)。 附錄 D 安全性考慮測(cè)試系統(tǒng)的安全性 很多電學(xué)測(cè)試系統(tǒng)或儀器都能測(cè)量或輸出危險(xiǎn)的電壓和功率電平。這樣就有可能在某種故障條件下（例如：程序錯(cuò)誤、或儀器故障），輸出危險(xiǎn)的電平，而系統(tǒng)并不指示出危險(xiǎn)的存在。 由于高電壓和功率電平的存在，保護(hù)操作人員在任何時(shí)候都不會(huì)遭受這種危險(xiǎn)就非常重要。 保護(hù)的方法包括： 設(shè)計(jì)測(cè)試設(shè)備使操作人員避免接觸任何危險(xiǎn)的電路。 確保被測(cè)設(shè)備完全封閉，避免操

40、作人員被任何飛出的碎片擊中。 將操作人員可能接觸到的所有電路連接進(jìn)行雙重絕緣。雙重絕緣能夠保證即使在一個(gè)絕緣層損壞時(shí)，第二層絕緣還可以保護(hù)操作人員。 當(dāng)測(cè)試設(shè)備的蓋子打開(kāi)時(shí)，使用高可靠性的，在故障時(shí)也安全的，互鎖開(kāi)關(guān)切斷電源。 在可能的時(shí)候，使用自動(dòng)的手柄，使操作人員不需要接觸測(cè)試設(shè)備的內(nèi)部，或者打開(kāi)保護(hù)裝置。 對(duì)所有的系統(tǒng)使用者進(jìn)行培訓(xùn)，使他們了解所有潛在的危險(xiǎn)，并知道如何保護(hù)自己不受傷害。 注意：開(kāi)機(jī)上電時(shí)，在其軟件和硬件的初始化完成之前，電路板的狀態(tài)是不受控制的。使用者必須確認(rèn)他們的設(shè)計(jì)方案能夠承受這種狀況，或者提供適當(dāng)?shù)幕ユi能力，以避免危險(xiǎn)的電壓或危險(xiǎn)的動(dòng)作觸及使用者。 一般安全性考慮

41、 測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者、集成商和安裝人員有責(zé)任確保對(duì)操作人員和維護(hù)人員的保護(hù)措施到位并有效。 在使用任何吉時(shí)利公司的產(chǎn)品和相關(guān)的儀器時(shí)必須遵守下列安全預(yù)防措施。雖然一些儀器和附件通常都是在沒(méi)有危險(xiǎn)電壓的情況下使用的，但是也存在著可能出現(xiàn)危險(xiǎn)電壓的情況。吉時(shí)利公司的產(chǎn)品是供有資質(zhì)的人員使用的，這些人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到電擊的危險(xiǎn)，并且熟悉避免出現(xiàn)可能的傷害所需要的安全預(yù)防措施。在使用任何吉時(shí)利公司的產(chǎn)品之前，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)地閱讀每種產(chǎn)品的手冊(cè)中所提供的操作信息。產(chǎn)品使用者的類型如下： 責(zé)任實(shí)體是對(duì)設(shè)備的使用和維護(hù)、保證設(shè)備在其技術(shù)指標(biāo)和工作范圍內(nèi)工作、保證操作人員受到恰當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)等項(xiàng)工作負(fù)責(zé)的個(gè)人或者團(tuán)體。 操作人

42、員為了預(yù)定的目的使用該產(chǎn)品的人員。必須對(duì)他們進(jìn)行關(guān)于電氣安全預(yù)防措施和正確使用儀器等方面的培訓(xùn)。必須保護(hù)他們不會(huì)受到電擊，不會(huì)接觸到危險(xiǎn)的帶電電路。 維護(hù)人員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行日常的維護(hù)工作，以保證其正常工作，例如設(shè)置電源電壓或者替換消耗性材料等。維護(hù)工作的步驟在手冊(cè)中說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)明確地說(shuō)明操作人員是否可以執(zhí)行這些步驟。否則，該工作步驟只能由維修人員來(lái)進(jìn)行。 維修人員是經(jīng)過(guò)培訓(xùn)面向帶電電路工作，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行安全安裝和修理工作的人員。只有經(jīng)過(guò)恰當(dāng)培訓(xùn)的維修人員才可以進(jìn)行安裝和維修工作。 當(dāng)存在電擊危險(xiǎn)時(shí)應(yīng)當(dāng)極為小心。在電纜連接器的插座或者測(cè)試設(shè)備上可能會(huì)出現(xiàn)致命的電壓。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（ANSI）指出，

43、當(dāng)出現(xiàn)超過(guò)30V有效值、42.4V峰值、或者60V直流的電壓電平時(shí)，就存在著電擊的危險(xiǎn)。在測(cè)量之前就考慮到任何未知的電路上可能存在著危險(xiǎn)的電壓是一個(gè)很好的安全性實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 必須隨時(shí)保護(hù)這些產(chǎn)品的使用者使其不受電擊的危害。責(zé)任實(shí)體必須確保使用者無(wú)法接觸到每個(gè)連接點(diǎn)和/或?qū)⑹褂谜吲c這些連接點(diǎn)絕緣隔離。有的時(shí)候，必須曝露某些連接點(diǎn)，從而可能會(huì)被人接觸到。在這種情況下，必須對(duì)使用者進(jìn)行培訓(xùn)，以避免他們受到電擊的危險(xiǎn)。如果電路能夠工作在1000V或者更高的電壓，則不應(yīng)曝露電路的任何導(dǎo)電部分。 按照國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)IEC664所述，這些儀器屬于安裝第I類別，其信號(hào)線必須不得直接連到AC電源。

44、對(duì)于不能直接觸及電源線的機(jī)架安裝設(shè)備來(lái)說(shuō)，在發(fā)生火災(zāi)或者其它災(zāi)難性故障的情況下，必須為使用者提供一個(gè)分離的電源切斷開(kāi)關(guān)。 不要將開(kāi)關(guān)卡直接連到?jīng)]有受到限制的電源電路。這些板卡是用于阻抗有限的源的。絕對(duì)不能將開(kāi)關(guān)卡直接連到AC電源。在把源連到開(kāi)關(guān)卡時(shí)，應(yīng)當(dāng)安裝保護(hù)器件以限制送往該卡的故障電流和電壓。 在操作儀器之前，確認(rèn)電源線已經(jīng)插入良好接地的電源插座中。在每次使用之前，均應(yīng)檢查連接電纜、測(cè)試引線和跳線等有無(wú)可能的磨損、破裂或折斷。 為了最大限度地保證安全，在被測(cè)電路已經(jīng)加電的情況下，不要觸摸產(chǎn)品、測(cè)試電纜、或任何其它的儀器。務(wù)必首先撤去整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的電源、并將有關(guān)電容器放電，然后再連接或拆除電

45、纜或跳線，安裝或拆除開(kāi)關(guān)卡，或者進(jìn)行其內(nèi)部的變動(dòng)，例如安裝或拆除跳線等工作。 不要接觸任何能夠向被測(cè)電路公共端或者電源的（大地）地線提供電流通路的物體。總是要站在干燥的、能夠承受被測(cè)電壓的絕緣表面上，用干燥的手來(lái)進(jìn)行測(cè)量工作。 必須按照有關(guān)的技術(shù)規(guī)范和操作指南來(lái)使用儀器和附件，否則會(huì)削弱設(shè)備的安全性。 不要超過(guò)在其技術(shù)指標(biāo)和操作信息中給出或者在儀器或測(cè)試設(shè)備面板上或開(kāi)關(guān)卡上標(biāo)示出的儀器和附件的最大信號(hào)電平。 產(chǎn)品中使用保險(xiǎn)絲時(shí)，應(yīng)當(dāng)用相同型號(hào)和容量的保險(xiǎn)絲來(lái)替換，以便連續(xù)地預(yù)防火災(zāi)的危險(xiǎn)。 機(jī)箱的連接點(diǎn)只能用作測(cè)量電路的屏蔽連接，不能用于安全性的大地接地連接。 如果使用測(cè)試設(shè)備，在被測(cè)器件加電

46、時(shí)，應(yīng)當(dāng)使設(shè)備的蓋子關(guān)閉。為了安全的操作，要求使用蓋子互鎖裝置。 如果出現(xiàn)帶 符號(hào)的螺釘，應(yīng)當(dāng)使用用戶文件中推薦的導(dǎo)線將其連接到安全大地接地點(diǎn)。 儀器上的 符號(hào)表明使用者應(yīng)當(dāng)參閱儀器手冊(cè)中的操作指南。 儀器上的 符號(hào)表明能夠輸出或者測(cè)量1000V或更高的電壓，其中包括常模或共模電壓的組合影響。采用標(biāo)準(zhǔn)的安全防護(hù)措施以避免人員接觸這種電壓。 手冊(cè)中以警告開(kāi)頭的段落說(shuō)明可能引起人員傷害或死亡的危險(xiǎn)情況。在進(jìn)行指出的操作之前，一定要非常仔細(xì)地閱讀有關(guān)的信息。 手冊(cè)中以注意開(kāi)頭的段落說(shuō)明可能損壞儀器的危險(xiǎn)情況。這種損壞可能會(huì)破壞儀器的保修條件。 不應(yīng)當(dāng)將儀器和附件與人連接。 在進(jìn)行維護(hù)之前，切斷電源線

47、和所有的測(cè)試電纜。 為了保持對(duì)電擊和火災(zāi)的防護(hù)能力，必須從吉時(shí)利公司購(gòu)買電源電路的替換元件，包括電源變壓器、測(cè)試引線和輸入插座。如果容量和型號(hào)相同，可以使用經(jīng)過(guò)國(guó)家安全認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)保險(xiǎn)絲。只要與原來(lái)的元件等同，其它與安全無(wú)關(guān)的元件可以向其它的供應(yīng)商購(gòu)買。（注意，經(jīng)過(guò)挑選的元件只能從吉時(shí)利公司購(gòu)買，以保持產(chǎn)品的準(zhǔn)確度和功能）如果不能肯定替換元件的可用性，請(qǐng)致電吉時(shí)利公司咨詢。 對(duì)儀器進(jìn)行清潔處理時(shí)，應(yīng)使用潮濕的布或者柔軟的水質(zhì)清潔劑。只能清洗儀器的外部。不要直接向儀器施用清潔劑或者使液體進(jìn)入或?yàn)R入儀器內(nèi)部。如果按照說(shuō)明的要求來(lái)操作和使用的話，不帶外殼或機(jī)箱的電路板產(chǎn)品（例如安裝到計(jì)算機(jī)里的數(shù)據(jù)采集

48、板）無(wú)須清潔處理。如果此種電路板受到污染并影響其工作的話，應(yīng)當(dāng)將該板送回工廠進(jìn)行適當(dāng)?shù)那鍧嵦幚砗途S修。 第一章 低電平直流測(cè)量?jī)x器1.1 引言直流電壓、直流電流和電阻值是人們?cè)谑褂脭?shù)字多用表（英文簡(jiǎn)稱為DMM）時(shí)經(jīng)常測(cè)量的參數(shù)，通常這些儀器對(duì)于測(cè)量大于1V或 1A或小于1G的信號(hào)是足夠的了。本書(shū)中使用的標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)詳見(jiàn)圖 1-1所示。但是，當(dāng)測(cè)量那些對(duì)儀器靈敏度的要求已接近理論極限的低電平信號(hào)時(shí)，必須使用諸如靜電計(jì)、皮安表和納伏表等更靈敏的儀器。 本章對(duì)電學(xué)量直接測(cè)量的理論極限和測(cè)量用的儀器作了概述，其中包括了對(duì)儀器的介紹和基本儀器電路的介紹。為便于閱讀，其將分成以下幾部分： 1.2 測(cè)量的理論極

49、限，討論對(duì)于低電平測(cè)量而言的理論極限和儀器本身的極限值 。 1.3 儀器定義分別介紹靜電計(jì)、數(shù)字多用表、納伏表、皮安表、源- 測(cè)量單元、數(shù)字源表、弱電流放大器和微歐姆計(jì)。 1.4 正確理解儀器的技術(shù)指標(biāo)，回顧儀器技術(shù)指標(biāo)中的術(shù)語(yǔ)，如準(zhǔn)確度、分辨率、靈敏度、傳遞穩(wěn)定性、指標(biāo)降低、溫度系數(shù)、時(shí)間漂移、噪聲抑制NMRR和CMRR以及速度。 1.5 電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，分別介紹電壓表、靜電計(jì)、納伏表和安培計(jì)、分流式安培計(jì)、反饋式皮安表、高速皮安表、對(duì)數(shù)式皮安表電路的基本設(shè)計(jì)原理。 1.2 測(cè)量的理論極限測(cè)量靈敏度的理論極限取決于在電路中的電阻所產(chǎn)生的噪聲。參見(jiàn)第2.6.5節(jié)和第3.2.2節(jié)所討論的，電壓噪聲

50、是與電阻、帶寬和絕對(duì)溫度乘積的平方根成正比的。圖1-2中計(jì)算出了在室溫300K、響應(yīng)時(shí)間為0.1-10秒范圍內(nèi)的電壓測(cè)量理論極限。從圖中可見(jiàn)，高源電阻限制了電壓測(cè)量的理論靈敏度，就是說(shuō)當(dāng)確信可以測(cè)量一個(gè)具有1源電阻的1V信號(hào)時(shí)，如果該信號(hào)的源電阻變?yōu)?T，則測(cè)量就會(huì)變得不可能。因?yàn)樵谠措娮铻?M時(shí)對(duì)于1V的測(cè)量已經(jīng)接近理論極限了。這時(shí)候采用通常的數(shù)字多用表是無(wú)法完成這類測(cè)量的。 除了電壓或電流的靈敏度不夠（大多數(shù)數(shù)字多用表的靈敏度不超過(guò)每個(gè)字1V或1nA）之外，與專門進(jìn)行低電平直流測(cè)量的更靈敏的儀器相比，在測(cè)量電壓時(shí)數(shù)字多用表的輸入偏置電流1也很大，而且其輸入電阻也比較低，這些特性都會(huì)引起測(cè)量

51、誤差。對(duì)這些內(nèi)容更詳細(xì)的討論請(qǐng)參見(jiàn)第二章和第三章。 數(shù)字多用表的技術(shù)特性決定了其不可能測(cè)量接近理論極限的信號(hào)，如圖1-3所示。但是如果源電阻小于1M或者分辨率的要求低于0.1V （即低源電阻的測(cè)量），被測(cè)信號(hào)電平未接近理論極值，數(shù)字多用表會(huì)有很好的用武之地。對(duì)于較高的電壓靈敏度要求，如果源電阻較低（由于理論測(cè)量極限值的要求源電阻必須低），則納伏表是測(cè)量非常接近理論極限信號(hào)電平的更好選擇。對(duì)于很高的源電阻例如1T，數(shù)字多用表就無(wú)能為力了，因?yàn)閿?shù)字多用表的輸入電阻范圍在10M到10G 之間，與1的源電阻差了若干數(shù)量級(jí)，結(jié)果會(huì)引起很嚴(yán)重的輸入負(fù)載誤差；同時(shí)幾個(gè)皮安的輸入電流會(huì)產(chǎn)生很大的電壓偏置誤差。

52、因此只有具備極高輸入電阻的靜電計(jì)，才能測(cè)量這種高源電阻電壓（己近似于理論極限的電壓信號(hào)）。同樣道理，由于數(shù)字多用表通常具有較高的輸入端壓降，其影響到在弱電流測(cè)量是分辨率不會(huì)優(yōu)于1nA，而靜電計(jì)和皮安表由于很低的輸入端壓降和很高的靈敏度更適合做接近理論極限的弱電流測(cè)量。 注1流過(guò)有源器件或儀器輸入引線中的電流。對(duì)電壓測(cè)量來(lái)說(shuō)，理想的輸入電流應(yīng)為零，所以，一切輸入電流都代表誤差。對(duì)電流測(cè)量來(lái)說(shuō)，信號(hào)電流變成測(cè)量?jī)x器的輸入電流，然而在未向儀器的輸入端加入信號(hào)電流時(shí)，總是存在某些背景電流，這種不希望的電流就是儀器的輸入偏置電流常常也稱為偏置電流。 泄漏電流是另一種由不希望的電阻通路(稱為泄漏電阻)兩端

53、的電壓產(chǎn)生的不希望的誤差電流，這項(xiàng)電流和偏置電流合在一起就是總的誤差電流。1.3 儀器定義有很多不同類型的儀器可以做為直流測(cè)量的工具，其中包括靜電計(jì)、數(shù)字多用表、納伏表、皮安表、源-測(cè)量單元（SMU）、數(shù)字源表、弱電流前置放大器和微歐姆計(jì)。以下各節(jié)將分別介紹并比較這些儀器的特性。1.3.1 靜電計(jì)靜電計(jì)是一種高度精密的直流多用測(cè)量?jī)x表。不僅可以完成一般直流數(shù)字多用表的測(cè)量功能，憑借特殊的輸入特性和高靈敏度，靜電計(jì)也可勝任常規(guī)多用表力所不及的電壓、電流、電阻和電荷的測(cè)量。 在下列條件下必須使用靜電計(jì)： 1. 檢測(cè)時(shí)測(cè)量的范圍已超過(guò)了常規(guī)儀器的允許極限： * 電流小于10nA（10-8A） * 電

54、阻大于1G（109 ）2.負(fù)載誤差必須最小化，如： * 被測(cè)電壓源電阻高于100M（含100M） * 測(cè)量電流時(shí)的輸入端壓降要求小于幾百毫伏時(shí)（對(duì)只有幾伏或更低電壓的源測(cè)量電流時(shí)） 3.需要電荷測(cè)量功能 4.被測(cè)量信號(hào)位于或接近圖1-2中所示的約瑟夫遜噪聲極限區(qū)域。 靜電計(jì)的其它特點(diǎn)是容易操作，可靠和堅(jiān)固耐用。 電壓表功能 靜電計(jì)的輸入電阻非常高，其典型值可達(dá)100T（1014），而且輸入偏置電流小于3fA（3x10-15 A）。這種性能決定了其能夠以非常小的電路負(fù)載來(lái)測(cè)量電壓 。 由于具有高輸入電阻和低偏置電流，靜電計(jì)電壓表對(duì)被測(cè)電路的影響極小。結(jié)果靜電計(jì)常被用來(lái)測(cè)量一般多用表無(wú)法檢測(cè)的電壓

55、值，例如靜電計(jì)可以測(cè)量一個(gè)500pF電容器上的電壓，而不會(huì)使該電容器明顯地放電。它還能夠測(cè)量壓電晶體和高阻抗pH計(jì)電極上的電位。 安培計(jì)功能 做為安培計(jì)，靜電計(jì)能夠測(cè)量?jī)H由理論極限值或儀器的輸入偏置電流所限制的微弱電流，而且其輸入端壓降比普通的數(shù)字多用表要低的多。基于極低的輸入偏置電流和輸入端壓降，靜電計(jì)能夠檢測(cè)低至1fA（10-15A）的電流。由于具有極高的靈敏度，故可用于測(cè)量光電倍增管和電離室輸出的電流，以及諸如半導(dǎo)體、質(zhì)譜儀和其它設(shè)備中的微弱電流。歐姆計(jì)功能 靜電計(jì)可以用恒流法或恒壓法測(cè)量電阻。使用恒流法時(shí)，靜電計(jì)的高輸入電阻和低偏置電流使它可以測(cè)量高達(dá)200G的電阻。使用恒壓法時(shí)，靜電

56、計(jì)向未知電阻施加恒定的電壓，測(cè)量電流，然后計(jì)算出電阻值。這種方法的好處在于可以在已知電壓下測(cè)量未知電阻器。使用這種方法靜電計(jì)，可以測(cè)量高達(dá)10P（1016）的電阻。庫(kù)侖計(jì)功能電流積分和電荷測(cè)量是只有靜電計(jì)才具有的功能，在數(shù)字多用表中找不到這樣的功能。靜電計(jì)中的庫(kù)侖計(jì)可以檢測(cè)低至10fC（10-14C）的電荷，相當(dāng)于一個(gè)有源積分器電路，因而具有極低（通常低于100V）的輸入端壓降。與安培計(jì)相比，由于沒(méi)有內(nèi)部電阻導(dǎo)致的噪聲，故庫(kù)侖計(jì)測(cè)量的電流值可以更低，如到1fA（10-15A），詳見(jiàn)本書(shū)的2.3.8節(jié)。1.3.2 數(shù)字多用表數(shù)字多用表品種繁多、范圍很寬，它包括了從廉價(jià)的3 1/2位手持機(jī)型到高精

57、確度的系統(tǒng)式數(shù)字多用表。由眾多制造商生產(chǎn)的多數(shù)型號(hào)性能都不能接近前面所討論的測(cè)量理論極限。這種限制并不意味著數(shù)字多用表是一種不適用的儀器，事實(shí)上絕大多數(shù)測(cè)量都是在遠(yuǎn)離理論極限的水平進(jìn)行的，而數(shù)字多用表正是為滿足這種常規(guī)測(cè)量需要而設(shè)計(jì)的儀器。雖然低電平測(cè)量定義為趨近于理論極限，且在數(shù)字多用表量程以外，但是現(xiàn)代科技縮小了數(shù)字多用表和低電平測(cè)量?jī)x器之間的差距。例如更靈敏的數(shù)字多用表可以檢測(cè)到10nV的直流電壓，分辨10pA的直流電流和測(cè)量高達(dá)1G的電阻。雖然這些性能指標(biāo)與前述的更靈敏的靜電計(jì)相比仍有相當(dāng)不足，但在本手冊(cè)中敘述測(cè)量原理和分析準(zhǔn)確度時(shí)都將數(shù)字多用表與納伏表、皮安計(jì)、靜電計(jì)或SMU一并考慮。其中的差別僅在于測(cè)量的量級(jí)，當(dāng)測(cè)量接近理論極限時(shí)，必須考慮全部的影響因素，而測(cè)量遠(yuǎn)離極限時(shí)，只需關(guān)心少數(shù)幾個(gè)基本參