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组件特性与测量技巧

 简单介绍完比较基础的电阻、电容和电感器后,接着小纬来介绍组件的特性以及一些测量的技巧。

组件特性

这个部分小纬主要介绍的是电阻、电感和电容的阻抗随着频率变化时的特性。首先是关于电阻器的频率响应特性。

理想状态下电阻跟频率是没有关系的,但以高阻值电阻来说,由于存在着寄生电容,在实际测量时阻抗会有一些变化。随着频率升高,实际测量的阻值是有减少的。而低阻值电阻则是由于有引线电感,当测试频率升高时,实际所测量出来的阻值会比理论值还偏大。也因为理想的元器件与现实情况的差异,导致我们在测量时就得特别注意,也必须特别考虑测量方法和选择测试条件。


再来是电感器的频率响应特性。第一个是关于普通电感,由于来自线缆电阻和寄生电容的影响,也会使得实际的阻抗值和理想值间有所偏差,特别是在高频的时候。另外,高磁芯损耗的电感则是由于寄生电容和磁芯损耗的影响,同样会产生与理论值间的偏差。


最后是关于电容器频率响应的特性,是因为等效串联电阻的影响,使得实际测量结果与理论值有所偏差。


组件测量技巧

测量技巧可大概分成5个部分: 正确的测量条件、正确选择等效模型、仪器的校准、电路的补偿、以及接线的选择。

1.测量条件的选择

以电容来说,由于介电常数的不同,使得容值测量的结果会随着测试电压的不同而变化,特别是高介电常数。当介电常数在3.7以上时,就要特别注意测试电压的选择。若选择了不合适的测试电压,会对测试结果产生很大的影响。相对来说,低介电常数对于电压的依赖性则小很多。而除了电容之于测试电压之外,电感的测试结果也会随着测试电流的上升有所影响。


测试结果对信号大小的依赖情况

固纬电子LCR-8000G系列元器件测试器的图表模式。图表模式可将待测物的组件特性以图示的方式呈现,可选择电压或频率作为横坐标进行扫描。


另外固纬电子的微欧姆计GOM-805有脉冲测量模式。在线材的一些接点或接面中,不同的金属间的热耦合会产生电学上称为热电动势(Thermoelectric Electromotive force) 的效应,无可避免的,这热电动势也会影响到测量的结果。PULSE模式的用途是为了排除热电动势的影响,而能得到更准确的阻抗值。


2.等效模型的选择

除了测试条件的选择,等效电路的选择也非常重要。对于现实中的元器件,都可以将其等效简化为二元电路,其中可简化成串联、并联,甚至串并联结合的模式都可以选择。


选择合适的等效模型


等效电路模型


固纬数字电桥LCR-8000G量测模式

下图是固纬数字电桥LCR-6000的16种主/副参数组合及2个监控参数, 可供选择; 即可同时显示4个不同量测结果值和测试条件(图一) 大数值显示模式, 更容易观测量测的结果; 还可设置PASS/FAIL和声响判断(图二)。


3.仪器的校准

仪器校准的目的是在于给仪表定义一个能够保证测量精度的基准面。而仪器的校准分为固定校准模式和用户校准模式,固定校准模式多为厂家会使用,用户校准模式则是一般用户在使用。


4.电路的补偿

在开始使用LCR前,我们要先做开路和闭路的补偿。短路补偿一般是针对大容量、低阻抗、低ESR、D值的测量;而开路补偿则主要是对于高阻抗、小容量的测量。做完补偿后,测量结果才会较准确。尤其是当更换夹具后要再次测量时,需要重复做一次补偿。


短路补偿


开路补偿

5.接线的选择

一般来说两线制的接线方式较常用,另外也有四线制的接线方式,两者各有适用的范围。若采取的是两线制的测试方法,电阻的选择一般在大于100欧姆以上;而小于100欧的电阻,一般则是采用四线制测量。


两线制测量法


一般电阻大于100欧时可用2线制测量


两线制测量法


一般小于100欧的电阻用4线制测量

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