誤差源

用靜電計進行電荷測量時特別容易受到幾種誤差源的影響，其中包括：輸入偏置電流與輸入端壓降和產生電流和低的源阻抗等。

基本介紹

• 中文名：誤差源
• 套用：靜電計
• 背景：低電荷的情況
• 功能：確定整個系統的偏置電流

輸入偏置電流

靜電計的輸入偏置電流是很低的。然而，在低電荷的情況下，即使這樣小的電流也是很大的誤差因素。在長時間內，儀器將對偏置電流進行積分，其結果就形成了電荷測量中的長期漂移。典型的偏置電流是4fA，在電荷測量中這將會引起每秒4fC的電荷變化。如果偏置電流為已知，只要從實際讀數中減去由偏置電流引起的電荷漂移就能對其進行補償。然而，確定整個系統的偏置電流可能很困難。

輸入端壓降

就象反饋皮安計一樣，反饋庫侖計的輸入端壓降一般也是很小的（<100μV）。然而，如果瞬時峰值電流大於10μA，輸入端壓降可能在瞬間超過這個電壓值。根據輸入的不同，在過載的條件下，輸入端壓降可能達到若干伏。

如果源電壓至少為10mV，那么工作在庫侖模式的典型靜電計能夠準確地對電流進行積分。如果源電壓低得多的話，輸入端壓降就可能成為問題，儀器輸入級的噪聲會被放得很大，於是就不可能進行準確的測量。

產生電流

由輸入電纜引起的產生電流和由於禁止不夠完善引起的感應電流能夠在電荷測量中引起誤差，特別是在電荷量為100pC或更低時尤為明顯。為了儘量降低產生電流，使用低噪聲電纜並對所有的連線和DUT進行靜電禁止。

源阻抗

源阻抗的大小能夠影響反饋庫侖計的噪聲性能。圖2-37示出連至源阻抗的一般反饋電路。在庫侖計中反饋電路為電容器。由此圖看出，庫侖計的噪聲增益可以按下式計算：

輸出噪聲=輸入噪聲×（1+ZF/ZS）

其中：ZS為源阻抗，

ZF為庫侖計的反饋阻抗，

輸入噪聲是靜電計輸入級的噪聲。一般來說，ZF變大噪聲增益也變大。特定儀器反饋阻抗的數值請參見該靜電計的手冊或技術指標。

零點檢查

與電壓測量不同，電荷測量可能是破壞性測量，換言之，進行測量的過程可能會消除被測器件中儲存的電荷。

在測量一個器件，如電容器上的電荷時，重要之點是要首先關閉靜電計的零點檢查功能，然後再將電容器連到高阻抗輸入端。否則，一部分電荷就會通過零點檢查阻抗損失，而不能為靜電計所測量。這是因為當零點檢查功能打開時，靜電計的輸入電阻大約為10MΩ。

打開零點檢查開關將會引起電荷讀數的突然變化，稱為“零跳”。為了消除零跳的影響，在零點檢查開關剛剛關閉之後讀取一個讀數，然後，將此讀數從以後的所有測量讀數中減去。為做到這一點，簡單的做法是，在零點檢查關閉之後打開REL功能，這樣就能把零跳的讀數消除掉。

擴展靜電計的電荷測量範圍

大多數靜電計的電荷測量範圍可以用外部反饋來擴展。外部反饋模式允許使用外部器件來作靜電計的反饋元件。將靜電計置於電壓模式，然後打開外部反饋，就把反饋電路從內部網路切換到連在前置放大器輸出端的外部反饋網路上。

為了擴展庫侖測量範圍，使用外部電容器作為反饋元件。

如圖2-38所示，外部反饋電容器連在前置放大器輸出端和靜電計的HI輸入端之間。為避免靜電干擾，該電容器應放在一個禁止的測試夾具內。

在外部反饋模式下，靜電計顯示反饋元件上的電壓。未知電荷可以由下式計算：

Q=CV

其中：Q=電荷（庫侖）

C=外部反饋電容器的電容（法拉）

V=靜電計上顯示的電壓（伏）

例如，使用10μF的外部反饋電容器，靜電計顯示的測量電壓為5V，則計算出的電荷為50μC。

反饋元件的電容必須至少為10pF，以避免由於寄生電容和噪聲增益引起的誤差。

為了保證低泄漏電流和低介電吸收，反饋電容器應當由合適的介電材料（如聚苯乙烯、聚丙烯或聚四氟乙烯）製成。

有關測量方法的更詳細的信息可以在靜電計的操作手冊中找到。

一般靜電計要考慮的問題

至此，我們已經討論了專門針對電壓、電流、電阻和電荷測量所要考慮的問題。以下各段考察所有類型的靜電計和SMU在測量高阻源時要考慮的問題

恰當的連線

為了避免測量誤差，關鍵之點在於將靜電計、SMU或皮安計和被測裝置進行適當的連線。總是要把儀表的高阻端和被測電路的最高電阻點相連。圖2-39所示為靜電計和由電壓源及電阻器串聯組成的電流源相連線。交流供電的源通常具有很高電平的電源頻率共模電壓（常常有幾伏）。如圖2-40所示，這將會引起電流（i）流過靜電計（IM）的低端到地的電容。此電路連線恰當，該電流不流過靜電計的測量電路，所以不產生任何測量誤差。然而，如果靜電計的HI端連到電源的低阻端，則該交流電流（i）就流過靜電計（IM），如圖2-41所示。此電流就可能影響測量的準確度，在低信號電平時尤為顯著。有關靜電計測量時恰當的電纜和連線器類型的詳細情況，請見第2.6.6節。