在電子測量領(lǐng)域中,電流也是基本參數(shù)之一。如靜態(tài)工作點(diǎn)、電流增益、功率等的測量,許多實驗的調(diào)試、電路參數(shù)的測量,也都離不開對電流的測量。因此,電流的測量也是電參數(shù)測量的基礎(chǔ)。實驗中電流可分為兩類;直流電流和交流電流。測量方法有兩種;直接測量和間接測量。直接測量法是將電流表串聯(lián)在被測支路中進(jìn)行測量,電流表的示數(shù)即為測量結(jié)果。間接測量法利用歐姆定律,通過測量電阻兩端的電壓來換算出被測電流值。與電壓的測量相類似,由于測量儀器的接入,會對測量結(jié)果帶來一定的影響,也可能影響到電路的工作狀態(tài),實驗中應(yīng)特別注意,不同類型電流表的原理和結(jié)構(gòu)不同,影響的程度也不盡相同。一般電流表的內(nèi)阻越小,對測量結(jié)果影響就越小,反之越大。因此,實驗過程中應(yīng)根據(jù)具體情況,選擇合理的測量方法和合適的測量儀器。以確保實驗的順利進(jìn)行。
一、 直流電流的測量
1. 用模擬式萬用表測量直流電流
模擬式萬用表的直流電流檔,一般由磁電式微安表頭并聯(lián)分流電阻而構(gòu)成,量程的擴(kuò)大通過并聯(lián)不同的分流電阻實現(xiàn),這種電流表的內(nèi)阻隨量程的大小而不同,量程大,內(nèi)阻越小。用模擬式萬用表測量直流電流時是將萬用表串聯(lián)在被測電路中的,因此表的內(nèi)阻可能影響電路的工作狀態(tài),使測量結(jié)果出錯,也可能由于量程不當(dāng)而燒壞萬用表,所以,使用時一定要注意。
2. 用數(shù)字式萬用表測量直流電流
數(shù)字式萬用表直流電流檔的基礎(chǔ)是數(shù)字式電壓表,它通過電流一一電壓轉(zhuǎn)換電路,使被測電流流過標(biāo)準(zhǔn)電阻,將電流轉(zhuǎn)換成電壓來進(jìn)行測量。如圖1所示,由于運(yùn)算放大的輸入阻抗很高,可以認(rèn)為被測電流ix全部流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)采樣電阻rn,這樣rn上的電壓與被測電流ix成正比,經(jīng)放大器放大后輸出電壓uo(uo=(1+r3/r2)rnix),就可以作為數(shù)字式電壓表的輸入電壓來進(jìn)行測量。
數(shù)字式萬用表的直流電流檔的量程切換通過切換不同的取樣電阻rn及來實現(xiàn)。量程越小,取樣電阻越大,當(dāng)數(shù)字式萬用表串聯(lián)在被測電路中時,取樣電阻的阻值會對被測電路的工作狀態(tài)產(chǎn)生一定的影響,在使用時應(yīng)注意。
圖1 電流―電壓轉(zhuǎn)換電路
圖2 并聯(lián)法測量電流
3、用并聯(lián)法測量直流電流
將電流表串聯(lián)在被測電路中測量電流是電流表的使用常識,但是作為一個特例,當(dāng)被測電流是一個恒流源而電流表的內(nèi)阻又遠(yuǎn)小于被測電路中某一串聯(lián)電阻時,電流表可以并接在這個阻上測量電流,此時電路中的電流絕大部分流過電阻小的電流表,而恒流源的電流是不會因外電阻的減小而改變的。如圖2所示電路,要測量晶體管三極管的集電極電流,若rc的值比電流表內(nèi)阻大得很多,且集電極電流表的接人對集電極電流的影響很小,則電流表的測量值幾乎為集電極電流。在做這種不規(guī)范的測量時,一定要概念極其明確,分析要正確,思想要集中,否則會造成電路或電流表的損壞。
4、用間接測量法測量直流電流
電流的直接測量法要求斷開回路后再將電流表串聯(lián)接入,往往比較麻煩,容易疏忽而
造成測量儀表的損壞。當(dāng)被測支路內(nèi)有一個定值電阻r可以利用時,可以測量該電阻兩端的直流電壓u,然后根據(jù)歐姆定律算出被測電流:i=u/r。這個電阻r一般稱為電流取樣電阻。
當(dāng)然,當(dāng)被測支路無現(xiàn)成的電阻可利用時,也可以人為地串入一個取樣電阻來進(jìn)行間接測量,取樣電阻的取值原則是對被測電路的影響越小越好,一般在1-10ω之間,很少超過100ω
二、交流電流的測量
按電路工作頻率,交流電流可分為低頻、高頻和超高頻電流。在超高頻段,電路或元件受分布參數(shù)的影響,電流分布是不均勻的,因此,無法用電流表來直接測量各處的電流值。只有在低頻(45~500hz)電流的測量中,可以用交流電流表或具有交流電流測量檔的普通萬用表或數(shù)字萬用表,串聯(lián)在被測電路中進(jìn)行交流電流的直接測量。而一般交流電流的測量都采用間接測量法,即先用交流電壓表測出電壓后,用歐姆定律換算成電流。
用間接法測量交流電流的方法與間接法測量直流電流的方法相同,只是對取樣電阻有一定的要求。
(1)當(dāng)電路工作頻率在20khz以上時,就不能選用普通線繞電阻作為取樣電阻。高頻時應(yīng)用薄膜電阻o
(2)由于一般電子儀器都有一個公共地,在測量中必須將所有的地連在一起,即必須共地,因此取樣電阻要安排連接在接地端,在lc振蕩電路中,要安排在低阻抗端。
這種利用取樣電阻的間接測量法,不僅將交流電流的測量轉(zhuǎn)換成交流電壓的測量,使得可以利用一切測量交流電壓的方法來完成交流電流的測量,而且還可以利用示波器觀察電路中電壓和電流的相位關(guān)系。