簡(jiǎn)單的偏移消除技術(shù)，用于小電容測(cè)量使用鑷表

介紹

測(cè)量電容有三種主要方法可供選擇:交流響應(yīng)法、直流充放電法和電橋法。交流響應(yīng)法和電橋法適用于 LCR 測(cè)量，而直流充放電法只適用于 RC 測(cè)量。

LCR-Reader-MPA 采用交流響應(yīng)法和直流充放電法進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于電容范圍在 1 mF 到 1 F 使用直流充放電方法更有效，而在 0.1 pF 到 1 mF 另一種方法可顯示 0.1%的基本精度。

充放電方法使用已知的電流對(duì)電容器充放電，同時(shí)測(cè)量產(chǎn)生的電壓的上升速率。電容值以上升速率為基礎(chǔ)，上升速率越慢，電容越大。

交流響應(yīng)方法通過設(shè)備傳遞已知的高頻電流。從比率中記錄產(chǎn)生的電壓并計(jì)算阻抗的大小量。電壓和電流之間的相位角，等效電容或電感可同時(shí)測(cè)量，并計(jì)算出電阻。

更復(fù)雜的測(cè)試設(shè)備使用其他方法，如電橋電路。該方法測(cè)量精度高，間接測(cè)量阻抗。電橋法還可以測(cè)量寄生電阻、電容和電感。這種方法是通過將元件放入電橋電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。另一條腿的值是變化的，通過這個(gè)來(lái)確定未知的阻抗值。

測(cè)量微小電容的方法綜述發(fā)表在《測(cè)量微小電容變化的高精度方法》，Ashkan Ashrafi 和 Hossein Golnabi，《科學(xué)儀器評(píng)論》，第 70 卷第 8 期，1999 年 8 月。

圖1

操作原理

LCR-Reader-MPA

圖1 為 LCR 儀表方框圖。電壓源的電壓通過一個(gè)限制100? 電阻應(yīng)用到 DUT 連接點(diǎn) a 和 b . V 測(cè)試信號(hào)的振幅和頻率可調(diào)。也可以對(duì)被測(cè)工件施加正的或負(fù)的直流電壓。

被測(cè)元件上的電壓降由DAu 測(cè)量，電阻 Rj 上的電壓降由 DAj 測(cè)量，與流經(jīng)被測(cè)元件的電流成正比。對(duì) ADC信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化后，根據(jù)公式 DUT 阻抗 Z =Rj* Vau/Vaj計(jì)算其阻抗。

用開短路探針校準(zhǔn)時(shí)獲得的阻抗(偏移量)的初始值存儲(chǔ)在設(shè)備的存儲(chǔ)器中，并在計(jì)算被測(cè)部件的阻抗時(shí)考慮，從而消除了由于設(shè)備內(nèi)部寄生效應(yīng)引起的偏移量。

被測(cè)元件可表示為以下等效電路之一:

(1) and (2): 交流測(cè)量串聯(lián)電路 (3) and (4): 交流并聯(lián)電路,(5,6,7) 二極管、電阻、電容的直流測(cè)量。

串聯(lián)電路阻抗Z = Rs + iXs 并聯(lián)電路阻抗 Z = 1/(1/Rp +1/iXp) 其中 Xs (Xp) < 0 如果電抗是電容性的，在 Xs(Xp) > 0 電抗是有感的。

參數(shù)的計(jì)算

電容C = 1/(2πf|Xs|) 其中 f 為測(cè)試頻率。

電感L = Xs/(2πf). Q = |Xs|/Rs. D = 1/Q

當(dāng)LCR-Reader-MPA 設(shè)置為自動(dòng)模式時(shí)，它將選擇最佳頻率和等效電路進(jìn)行測(cè)量。也可手動(dòng)設(shè)定設(shè)備的具體測(cè)試參數(shù);包括測(cè)量模式，測(cè)試信號(hào)的頻率范圍為 100 Hz 到 100kHz，并選擇 1.0、0.5 和 0.1 Vrms 的測(cè)試電壓。

MPA 使用通過被測(cè)元件的直流電流，允許測(cè)量電流和電壓。使用 ? 定律,計(jì)算直流電阻(RDC)。

電容是根據(jù)被測(cè)電容器在一定時(shí)間間隔充電時(shí)的電壓變化和測(cè)量大于40mf 的元件時(shí)施加的電流來(lái)計(jì)算的。