如何正確地測量電子零部件的參數(shù)?
電阻、電容、電感是電子線路中必定使用的零部件。在進行電子線路的設計的基礎上,準確地測量這些零部件的值是極其重要的。測量這些零部件的值,一般使用LCR測試儀。
用LCR測試儀來測量零部件時,與試樣之間的“連接”容易成為引起測量誤差的原因。本特集介紹進行這種“連接”的方法、以及測量誤差校正方法的要點。
LCR測試儀與試樣的連接方法!!
用LCR測試儀來測量零部件的參數(shù)時,其關鍵問題在于測量誤差。首先是LCR測試儀本身的內部誤差,還存在各種各樣的原因,而與試樣的連接所引起的誤差,就是其中之一。
由于LCR測試儀的型號不同,可能的連接方法也會有區(qū)別,在此我們整理一下五種連接方法的各自特點。一般來說,連接方法越麻煩,越能準確地進行測量。
2端子法:雖然連接容易,但是由于接觸電阻、連接電纜的串聯(lián)阻抗(r)、連接電纜以及端子之間的雜散電容(Cs)會引起較大的誤差,如果不是中等數(shù)量級的阻抗,那么測量誤差就會比較大。
3端子法:對測試電纜和試樣進行屏蔽,通過抑制雜散電容,減少對于高阻抗零部件的測量誤差。
主要可用于測量較小的電容量。
4端子法:設置獨立的電壓檢測電纜,以消除由于測試電纜的串聯(lián)阻抗所引起的電壓降和接觸電阻的影響等,是一種減少低阻抗零部件的測量誤差的方法。需要考慮由于電纜之間的互電感(M)所產生的影響。
如果使用在一個夾子上有2個相互絕緣的電極的開耳芬夾子,那么用2個夾子可以容易地進行4個端子的連接。
5端子法:是一種減少測量阻抗誤差的方法。
4端子對法:對于交流阻抗的測量,與直流測量不同,其特點是不會受到溫差電動勢的影響。但是,由于電流電纜與電壓電纜之間的電磁感應,測量的頻率越高,要想測量低阻抗就越困難。對于這個問題,可以利用電纜的屏蔽層,使電流的去路和歸路相互重疊,以抑制磁通量的產生,由此來減少由于電磁感應所引起的殘留阻抗。
對電流電壓變換部分進行控制,由此使試樣一端(Lp端子對)的電壓接近于零。即使Lc端子對上的電壓也接近于零,但是由于電流的去路與歸路相互重疊,所以也能抑制電磁感應的影響。
如何才能校正誤差?
為了減少測量誤差,LCR測試儀具有若干校正功能。校正值根據(jù)頻率和阻抗的量程不同會有所不同,所以進行全范圍的校正要花費很多時間。
這里,對零點校正和負荷校正進行解說。
零點校正:當LCR測試儀的零點漂移對于測量值不能忽略時,就需要進行零點校正。因為零點漂移會隨著電纜和電極的物理配置不同而變化,所以進行開路和閉路的零點校正時,必須與連接零部件時的電纜布線、電極間隔等相同。
負荷校正:除了測量夾具等不同所引起的零點漂移以外,如果還有不能夠忽略的測量誤差,那么可以進行負荷校正,以提高測量精確度。即使對于沒有負荷校正功能的LCR測試儀,也能夠對各個阻抗量程和頻率求取校正系數(shù),自己進行校正。
為了進行負荷校正,首先需要準備好標準器具或者已知準確值的零部件。在進行了零點校正之后,再測量已知準確值的標準阻抗Zstd,如果得到的測量值為Zms,那么就按照以下公式來求出校正系數(shù)。
LCR測試儀能準確并穩(wěn)定地測定各種各樣的元件參數(shù),主要是用來測試電感、電容、電阻的測試儀。它具有功能直接、操作簡便等特點,能以較低的預算來滿足生產線質量保證、進貨檢驗、電子維修業(yè)對器件的測試要求。
LCR測試儀測試原理:
Vx與Vr均是矢量電壓表,Rr是理想電阻。自平衡電橋的意思是:當DUT(DeviceUnderTest)接入電路時,放大器的負反饋配置自動使得OP輸入端虛地。Vx準確測定DUT兩端電壓(DUT的Low電位是0),Vr與Rr測得DUT電流Ix,由此可計算Zx。
HP4275的測試端Hp,Hc,Lp,Lc(下標c代表current,下標p代表Potential),Guard(接地)的配置可導致測試的誤差的差異。
提高精度的方法是:1,Hp,Lp,Hc,Lc盡量接近DUT;2,減小測試電流Ix的回路面積&磁通量(關鍵是分析Ix,要配合使用Guard與Cable最小化回路面積);3,使用Gurard與Cable構建地平面中斷信號線間的電場連接,雖然會增加信號線的對地電容(對地電容不影響測試結果),但是會減少信號線的互容。
Guard與Cable的對地寄生阻抗(Zhg,Zlg)不影響測試結果,電橋平衡時Zlg的兩端電壓是0,流向Rr的電流不會被Zlg分流,Zhg的分流作用不影響Hp的電壓測量。
隨著現(xiàn)代模擬和數(shù)字技術的發(fā)展,早已經淘汰了LRC電橋這種測量方法,但LCR電橋的叫法一直沿用至今。如果是使用了微處理器的LCR電橋則叫LCR數(shù)字電橋。一般用戶又稱這些為:LCR測試儀、LCR電橋、LCR表、數(shù)字電橋、LCR Meter等等。
電橋測試儀測量原理
Vx與Vr均是矢量電壓表,Rr是理想電阻。自平衡電橋的意思是:當DUT(Device Under Test)接入電路時,放大器的負反饋配置自動使得OP輸入端虛地。Vx準確測定DUT兩端電壓(DUT的Low電位是0),Vr與Rr測得DUT電流Ix,由此可計算Zx。
HP4275的測試端Hp,Hc,Lp,Lc(下標c代表current, 下標p代表Potentail),Guard(接地)的配置可導致測試的誤差的差異。
提高精度的方法是:
1、Hp,Lp,Hc,Lc盡量接近DUT;
2、減小測試電流Ix的回路面積&磁通量(關鍵是分析Ix,要配合使用Guard與Cable最小化回路面積);
3、使用Gurard與Cable構建地平面中斷信號線間的電場連接,雖然會增加信號線的對地電容(對地電容不影響測試結果),但是會減少信號線的互容。
Guard與Cable的對地寄生阻抗(Zhg,Zlg) 不影響測試結果,電橋平衡時Zlg的兩端電壓是0,流向Rr的電流不會被Zlg分流,Zhg的分流作用不影響Hp的電壓測量。
LCR測試儀一般用于測試電感和電容。測量步驟如下:
設置測試頻率
測試電壓或者電流水平
選擇測試參數(shù),比如Z、Q、LS(串聯(lián)電感)、LP(并聯(lián)電感)、CS(串聯(lián)電容)、CP(并聯(lián)電容)、D等
儀器校準,校準主要進行開路、短路校準,高檔的儀器要進行負載校準
選擇測試夾具
夾具補償
將DUT放在夾具上開始測試。