【導讀】高端測量儀器都是由許多電子元器件組成，儀器在工作過程中，電子元器件產(chǎn)生的熱量匯聚，使儀器內(nèi)部溫度升高，導致儀器精度下降。高端測量儀器是如何解決溫度對自身精度的影響呢？
溫度影響電子元器件的性能
1.對二極管伏安特性的影響
在環(huán)境溫度升高時，二極管的正向特性曲線將左移，反向特性曲線將下移，如圖1所示。在室溫附近，溫度每升高1℃，正向壓降減小2~2.5mV；溫度每升高10℃，反向電流約增大一倍?？梢姡O管的特性對溫度很敏感。
圖1.二極管的伏安特性
2.對晶體管輸入輸出特性的影響
由于半導體材料的熱敏性，晶體管的參數(shù)幾乎都與溫度有關。
溫度對輸入特性的影響：與二極管伏安特性類似，當溫度升高時，正向偏移將左移，反之將右移，如圖2所示。
溫度對輸出特性的影響：如圖3實線，虛線分別所示為20℃和60℃時的特性曲線，可見，溫度升高時，由于輸入特性左移，導致集電極電流增大。
圖2.溫度對晶體管輸出特性影響
圖3.溫度對晶體管輸入特性影響
穩(wěn)定靜態(tài)工作點抑制溫漂
在引起靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的諸多因素中，溫度對晶體管參數(shù)的影響是最為主要的，所謂穩(wěn)定靜態(tài)工作點抑制溫漂通常是指在環(huán)境溫度變化時，晶體管的靜態(tài)集電極電流和管壓降基本不變，必須依靠基電極電流的變化來抵消集電極電流的變化，常用的是引用直流負反饋或溫度補償?shù)霓k法使基極電流在溫度變化時產(chǎn)生與集極電流相反的變化。
儀器預熱的必要性
根據(jù)儀器設備的用途和精密等級不同，有的需要預熱，有的不需要預熱，儀器設備預熱是為了內(nèi)部電子器件達到熱穩(wěn)定平衡。電路中的電容，電感，晶體管等達到穩(wěn)態(tài)，需要一定的時間，必須預熱以降低測量誤差，越是精密的儀器設備預熱時間越長。
1.在儀器使用之前，需要對儀器進行預熱；
2.在測量開始之前，需要進行調(diào)零操作，調(diào)零是指在功率分析儀內(nèi)部電路中創(chuàng)造一個輸入信號為零的狀態(tài)，并將該狀態(tài)下的計算結果設為數(shù)值意義上的零電平的過程；
3.選擇合適的量程、更新率和同步源對功率分析儀的測量準確性至關重要。例如當更新周期小于被測信號周期時，如下圖4所示，整個更新周期內(nèi)的數(shù)據(jù)成為測量區(qū)間，整個更新周期內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)將被平均，因此影響測量結果的準確性。在這種情況下需要增大更新周期，使得包含更多周期的被測信號進入測量區(qū)間；
圖4.更新周期對比
4.降低雜散電容對測量結果的影響，因為儀器機殼與內(nèi)部測量電路的屏蔽盒之間是絕緣關系，所以二者之間存在雜散電容，把電流測量回路接到低電壓側，如圖5所示，也就是將儀器的電流輸入端子連接到接近電源(Source)接地電位的一端時可以有效降低雜散電容對測量精度產(chǎn)生的影響；
圖5.接線圖
5.降低功率損耗的影響，在測量大電流情況下，需要將電壓測量回路接到靠近負載一側，電流測量回路測得的結果就是流經(jīng)負載和電壓測量回路的電流之和，測量誤差僅是流經(jīng)電壓測量回路的電流。在測量小電流情況下，則需要將電流測量回路接到靠近負載一側，電壓測量回路測得的結果就是負載電壓和電流測量回路的電壓之各，測量誤差僅是電流測量回路兩端電壓；如圖6所示。
圖6.不同電流下的接線圖
同時，PA功率分析儀采用了高穩(wěn)定度溫度補償?shù)?00M同步時鐘，保證ADC采樣每個通道的相位同步，電壓電流相位誤差在10ns以內(nèi)。在主機部分的模塊控制單元，我們采用了一個高穩(wěn)定度溫度補償?shù)?00M 同步時鐘，這個時鐘信號將送到每一個通道的ADC，用來保證ADC采樣相位同步，單通道與通道間的電壓、電流誤差可以保證在10ns 以內(nèi)，減小測量時U、I 夾角儀器本身引入誤差，保證有功功率及功率因數(shù)測量精度！行業(yè)內(nèi)測量存在功率因素過1，或者過低而無法準確測量的難題，與儀器本身的引入誤差和測試方法有很大的關系。
圖7.PA功率分析儀架構
