电动势的定义
电动势（Electromotive Force，简称EMF）这一概念幫助理解电流产生与持续流动的根本动力。尽管其名称中包含“力”字，但电动势并非传统意义上的力，而是一种描述电源内部非静电力做功能力的物理量。电动势表征了电源将其他形式的能量（如化学能、机械能等）转化为电能的能力，是电路中电流得以存在和维持的关键，也就是描述在电源内部非静电力的作用下，电荷克服电源内部产生的电场力做功的能力。
电动势即电子运动的趋势，能够克服导体电阻对电流的阻力，使电荷在闭合的导体回路中流动的一种作用。这种作用来源于相应的物理效应或化学效应，通常还伴随着能量的转换，因为电流在导体中(超导体除外)流动时要消耗能量，这个能量必须由产生电动势的能源补偿。如果电动势只发生在导体回路的一部分区域中，就称这部分区域为电源区。
电动势是功吗 ？电动势和功的区别
电动势则是电源的性质。如果是电磁感应发电机，就是法拉第电磁感应定律中的电势。如果你知道电场是电势的梯度，而电场代表了带电粒子在电场中所受到的力，你就可以把电势和功建立起联系来。
电动势与电压的关系
在闭合电路中，电源电动势与路端电压（即电源两端的电压）之间存在着密切的关系。
电动势的公式是什么?
根据闭合电路欧姆定律，电源电动势E等于内电压Ir（I为电流，r为电源内阻）与外电压U之和，即 E=Ir+U。
这一公式揭示了电路中电压分配的基本规律：在电流一定的情况下，电源内阻越大，内电压所占的比例就越大，相应地，路端电压就越小；反之亦然。特别当外电路断开时（即开路状态），电流 I 为零，此时路端电压 U 等于电源电动势E。这是测量电源电动势的一种简便方法，但需要注意的是，这种方法仅适用于理想电源或内阻较小的实际电源。
电动势在电路中的作用
电动势在电路中扮演着至关重要的角色。它是电路中电流得以产生和维持的源泉，是推动电荷在电路中持续定向移动的动力。没有电动势，电荷将无法在电场中自发地形成定向移动，也就无法形成电流。因此，可以说电动势是电路工作的基础。
同时，电动势还影响着电路中电流的分布和大小。在串联电路中，由于电流处处相等，各用电器分得的电压与其电阻成正比；而在并联电路中，各支路两端的电压相等，通过各支路的电流则与其电阻成反比。这些现象背后，都离不开电动势对电路中能量转换和分配的调控作用。
电动势的应用
电动势的概念不仅局限于传统电路理论之中，还广泛应用于现代科技领域的各个方面。在电池技术中，提高电池的电动势和能量密度是研究的重点之一，这直接关系到电池的性能和使用寿命；在电力系统中，电动势的稳定性和调节能力对于保障电网的安全稳定运行至关重要；在新能源领域，如太阳能电池板、风力发电机等，它们将太阳能、风能等自然能源转化为电能的过程也离不开电动势的作用。
众所周知，电动机利用的是 “电生磁”原理，把电能转换成机械能，它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子（如鼠笼式闭合铝框）形成磁电动力旋转扭矩。但在刹车或下坡惯性行驶时，电机等效为发电机，工程师在设计电机驱动器和电机测试时，为避免损坏电机驱动或测试电源，必须充分考虑和评估电机刹车时的电动势大小——取决于电流变化速率，即u(t)=L* di/dt。
电动机原理图
“冷保护”的专利干簧继电器技术
干簧继电器接通和断开时所产生瞬态电压也是电动势。各种源中使用的传统干簧继电器开关在接通或断开后，通常会产生数十微伏至数百微伏的热电动势。所造成的电压漂移能持续几分钟之久，这对于要求精确测量的参数测试是不能接受的。下图是商用干簧继电器所产生热电动势的例子。
图 1 — 典型干簧继电器产生的热电动势
必须注意上图并非参数测量仪器中使用的干簧继电器特性(基于显而易见的原因)。
Keysight 是德科技公司开发出一种称为“冷保护”的专利干簧继电器技术。用于参数测量设备的这些继电器可把电动势影响减到最小，并进而改进测量吞吐率和准确度。下面展示出冷保护继电器的性能特性。
图 2 — 冷保护继电器产生的热电动势
为简化起见，SMU电路图中未涉及输出继电器开关。但必须了解所有SMU输出路径中都有开关，它们在接通或断开是也都会产生电动势。下面是经修正的SMU电路图。
图 3 — 示出输出连接继电器的SMU 电路图
在通过仪器前面板使用 SMU 时，软件按需要接通和断开继电器，因此用户看不见它的存在。但在使用程序控制下的仪器时，用户必须发布连接("CN") 命令闭合继电器，继电器将保持闭合，直到发布命令(如"* RST") 断开继电器。
SMU（Source Measure Unit，源表）是一种高级测试和测量工具，集成了电压源和电流源功能，能够在一个单一设备中提供精确的电压和电流控制。与传统的电源不同，SMU不仅能够提供电力输出，还能够测量并精确控制电流和电压，这使得它在各种电子测试和测量应用中不可或缺。
源表SMU可以理解成四种仪器集成在一起：四象限电压源，四象限电流源，电压表，电流表。四象限的意思是能够输出正负电压和电流。将所有这些功能都集成在一个仪器中可以提供比使用单独仪器组合获得的更好的速度和测量分辨率。这是源表SMU相对于其他类型台式机的主要优势。
源表（Source Meter Unit, SMU）广泛用于半导体器件、材料、医疗、发光器件与光通信等行业，测量器件的伏安（I-V）特性曲线、绝缘材料的电阻值（电阻率）、电容的绝缘电阻（漏电流）、光电器件的暗电流或者L-I-V等。
敏感测量时如何减轻电动势的影响？
减轻电动势对参数测量的影响相对比较简单。应指出技术指标中已经计入了热电动势，因此在一般测量中可不必考虑热电动势。但在进行极其敏感的测量，或试图实现参数测量设备的更高测量准确度时，遵循以下原则可最大限度地减小或消除电动势效应:
确保输出继电器已闭合和稳定到它的最终值。这意味着仪器已经过预热和SMU输出继电器保持闭合。
尽可能快地完成任何测量(在10 秒以内)。这将使测量漂移保持在几毫伏内。
有一种既能消除电动势影响，又能消除测量设备任何失调电压的电阻测量技术，它采用开尔文测量技术进行两次电阻测量，在第二次测量时反转驱动电流的极性。如果对该电路执行基尔霍夫电流定律(KCL) 和基尔霍夫电压定律(KVL)，就可看到通过平均两次测量结果，将能抵消失调电压和电动势， 得到真实的电阻值。
图 4 — 通过测量电阻两次和平均测量结果，就能消除电动势和电压失调的影响
总结上述技术的关键点:
确保施加的电流小到能消除任何焦耳自热效应。
反转施加电流极性进行两次电阻测量，然后平均两次测量结果。
如有可能，用电压表代替SMU测量电压，因为电压表一般有更高的测量准确度。
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本应用指南介绍了是德科技 的电阻测量解决方案，并讨论了电阻测量中的主要误差因素以及如何消除这些误差因素。
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