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LCR數(shù)字電橋端接配置說明
日期：2024-09-20 09:41
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摘要：
LCR數(shù)字電橋端接配置說明 一．引言 對交流元件調(diào)試儀器 （低頻 LCR 數(shù)字電橋，頻率 F ≤ 2MHz 時） 來說，為了對 被測元件（ DUT ） 進(jìn)行準(zhǔn)確的量測，需采用先進(jìn)的調(diào)試原理，如 I-V 轉(zhuǎn)換、檢相、 ADC 、先進(jìn)的補(bǔ)償技術(shù)和準(zhǔn)確的計(jì)算方法等。然而僅有這些是不夠的，采用何種端接技術(shù)和正確使用這些技術(shù)是極為重要的，正確的端接技術(shù)直接關(guān)系量測的準(zhǔn)確性。本文試圖通過對所涉及的端接技術(shù)的描述，指導(dǎo)用戶正確地使用這些端接方法來達(dá)到正確調(diào)試元件的目的。 由于 LCR 調(diào)試儀的型號各不相同，可能采用的端接方法也會有所區(qū)別。儀器量販歸納了由簡到繁共五種不同的端接技術(shù)，分別為 二端（ 2T ）、三端（ 3T ）、四端（ 4T ）、五端（ 5T ）、四端對（ 4TP ） ，闡述了各自得特點(diǎn)、誤差來源及阻抗適用范圍。 二． 2 端（ 2T ）配置 如圖 1 所示為典型的 2 端配置。圖中， OSC 為信號源， Rin 為信號源內(nèi)阻， V 為儀器內(nèi)部高阻輸入電壓表， A 為低阻輸入電流表。 Hcur ， Hpot ， Lpot ， Lcur ： 儀器提供的四個調(diào)試端子 Hcur ：信號源輸出**（電流輸出**） Hpot ：電壓檢測** Lpot ：電壓檢測低端 圖 1. 2 端端接配置示意圖 Lcur ：電流檢測低端 C01 ， C01 為存在于兩條調(diào)試線間的分布電容 C03 為存在于 DUT （ Zx ）的分布電容 Rs1,Rs2 為調(diào)試引線與 DUT 間的接觸電阻 Ls1,Ls2 為調(diào)試引線電感 2 端（ 2T ）的配置是一種*簡單的端接方法，但這種方法存在著多種誤差源。引線電感、引線電阻以及兩條引線間和端子間的分布電容都會疊加至量測結(jié)果上。 C01 ， C01 ， C03 ， Rs1,Rs2 ， Ls1,Ls2 均會對量測結(jié)果產(chǎn)生誤差。一般地，除個別情況在 LCR 調(diào)試儀上基本未采用此類端接方法。 其典型的阻抗量測范圍（沒有進(jìn)行補(bǔ)償）限制在 100 Ω 到 10k Ω 之間。 LCR數(shù)字電橋端接配置說明
三． 3 端（ 3T ）配置 3 端配置與 2 端配置的**區(qū)別是將調(diào)試線換成外層帶屏蔽的同軸電纜，將屏蔽部分連接至儀器接地部分，如 BNC 接頭的外層，我們將該屏蔽層也稱一端。由圖 2 可以看出，分布電容 C01 ， C02 連接至外層屏蔽層，對調(diào)試線不產(chǎn)生影響，減少了對于高阻抗元件的量測誤差。 主要能在較高阻抗量測范圍內(nèi)改進(jìn)量測精度，但由于仍然存在引線電感和引線電阻，因而不能改進(jìn)較低阻抗范圍的量測精度， C03 電容仍然存在 ，消除該分布電容需 圖 2. 3 端端接配置示意圖使用開路清“ 0 ” 方可消除。 3T 配置將典型阻抗范圍擴(kuò)展到 10M Ω 以上。在高阻抗小電容調(diào)試時，采用三端配置可以降低配線的復(fù)雜性，且基本不影響調(diào)試效果。 LCR數(shù)字電橋端接配置說明
四． 4 端（ 4T ）配置 如圖 3 為四端配置，設(shè)置獨(dú)立的電壓檢測線，由于電壓表 V 為高阻輸入，則電壓 Hpot ， Lpot 直接檢測了 DUT Zx 上的電壓，避免了 Rs1 、 Rs4 、 Ls1 、 Ls4 對調(diào)試產(chǎn)生的影響，另外，由于 V 的高阻輸入，使其低阻抗的 Rs2 、 Rs3 、 Ls2 、 Ls3 對電壓的檢測也不產(chǎn)生影響。分布電容 C01 、 C02 、 C03 的影響仍然存在，另外還需考慮電纜之間的互感 M1 、 M2 圖 3. 4 端端接配置示意圖所產(chǎn)生的影響。 4 端（ 4T ）配置可減小引線電感和電阻的影響。通?？筛倪M(jìn)低至 1 Ω 的較低阻抗量測范圍的精度。當(dāng) DUT 的阻抗低于 1 Ω 時，會有大信號電流通過電流通路，它與電壓敏感電纜的互感 M1 、 M2 耦合將產(chǎn)生誤差。
五． 5 端（ 5T ）配置 5 端配置是 LCR 數(shù)字電橋常用的調(diào)試端配置方法，是一種有較好性能且調(diào)試端接相對并不復(fù)雜的端接方法。 5 端（ 5T ）配置是 3T 和 4T 配置的組合。它配有 4 條同軸電纜，這 4 條電纜的外導(dǎo)體均接到接地端。這種配置具有從 1 Ω 至 10M Ω 的寬量測范圍，但互感問題仍然存在 。因此五端配置消除了引線電阻、電 感的影響，同時也消除了引線分布電容的影響。 圖 4. 5 端端接配置示意圖 5 端配置從端接的復(fù)雜程度和取得的誤差消除作用兩方面得到了較好平衡，是一種極為有效的 LCR 調(diào)試儀器端接技術(shù)。
六． 4 端對（ 5TP ）配置 從以上討論的調(diào)試端端接方法來看，除調(diào)試線互感的電磁耦合的影響外，存在于調(diào)試端的量測誤差因素均得到了較好的解決。交流阻抗的量測由于電流電纜與電壓電纜之間的電磁感應(yīng)，量測的頻率越高，量測低阻抗就越困難。 4 端對（ 4TP ）配置良好地解決了互感耦合問題，它用同軸電纜把電壓敏感電纜與信號電流通路相隔離。由于返回電流通過同軸電纜的外導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體流過電流 圖 5. 4 端對端接配置示意圖大小相等方向相反，使外導(dǎo)體（屏蔽）抵消了內(nèi)導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁通。這種配置的量測范圍可擴(kuò)展到 1 Ω 以下。其可實(shí)現(xiàn)的阻抗量測范圍取決于量測儀器，以及 4TP 配置能多嚴(yán)格地連到 DUT 連接點(diǎn)。若不能正確地連接電纜，就會限制量測范圍，甚至在某些情況下根本不能進(jìn)行量測。
三． 3 端（ 3T ）配置 3 端配置與 2 端配置的**區(qū)別是將調(diào)試線換成外層帶屏蔽的同軸電纜，將屏蔽部分連接至儀器接地部分，如 BNC 接頭的外層，我們將該屏蔽層也稱一端。由圖 2 可以看出，分布電容 C01 ， C02 連接至外層屏蔽層，對調(diào)試線不產(chǎn)生影響，減少了對于高阻抗元件的量測誤差。 主要能在較高阻抗量測范圍內(nèi)改進(jìn)量測精度，但由于仍然存在引線電感和引線電阻，因而不能改進(jìn)較低阻抗范圍的量測精度， C03 電容仍然存在 ，消除該分布電容需 圖 2. 3 端端接配置示意圖使用開路清“ 0 ” 方可消除。 3T 配置將典型阻抗范圍擴(kuò)展到 10M Ω 以上。在高阻抗小電容調(diào)試時，采用三端配置可以降低配線的復(fù)雜性，且基本不影響調(diào)試效果。 LCR數(shù)字電橋端接配置說明
四． 4 端（ 4T ）配置 如圖 3 為四端配置，設(shè)置獨(dú)立的電壓檢測線，由于電壓表 V 為高阻輸入，則電壓 Hpot ， Lpot 直接檢測了 DUT Zx 上的電壓，避免了 Rs1 、 Rs4 、 Ls1 、 Ls4 對調(diào)試產(chǎn)生的影響，另外，由于 V 的高阻輸入，使其低阻抗的 Rs2 、 Rs3 、 Ls2 、 Ls3 對電壓的檢測也不產(chǎn)生影響。分布電容 C01 、 C02 、 C03 的影響仍然存在，另外還需考慮電纜之間的互感 M1 、 M2 圖 3. 4 端端接配置示意圖所產(chǎn)生的影響。 4 端（ 4T ）配置可減小引線電感和電阻的影響。通?？筛倪M(jìn)低至 1 Ω 的較低阻抗量測范圍的精度。當(dāng) DUT 的阻抗低于 1 Ω 時，會有大信號電流通過電流通路，它與電壓敏感電纜的互感 M1 、 M2 耦合將產(chǎn)生誤差。
五． 5 端（ 5T ）配置 5 端配置是 LCR 數(shù)字電橋常用的調(diào)試端配置方法，是一種有較好性能且調(diào)試端接相對并不復(fù)雜的端接方法。 5 端（ 5T ）配置是 3T 和 4T 配置的組合。它配有 4 條同軸電纜，這 4 條電纜的外導(dǎo)體均接到接地端。這種配置具有從 1 Ω 至 10M Ω 的寬量測范圍，但互感問題仍然存在 。因此五端配置消除了引線電阻、電 感的影響，同時也消除了引線分布電容的影響。 圖 4. 5 端端接配置示意圖 5 端配置從端接的復(fù)雜程度和取得的誤差消除作用兩方面得到了較好平衡，是一種極為有效的 LCR 調(diào)試儀器端接技術(shù)。
六． 4 端對（ 5TP ）配置 從以上討論的調(diào)試端端接方法來看，除調(diào)試線互感的電磁耦合的影響外，存在于調(diào)試端的量測誤差因素均得到了較好的解決。交流阻抗的量測由于電流電纜與電壓電纜之間的電磁感應(yīng)，量測的頻率越高，量測低阻抗就越困難。 4 端對（ 4TP ）配置良好地解決了互感耦合問題，它用同軸電纜把電壓敏感電纜與信號電流通路相隔離。由于返回電流通過同軸電纜的外導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體流過電流 圖 5. 4 端對端接配置示意圖大小相等方向相反，使外導(dǎo)體（屏蔽）抵消了內(nèi)導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁通。這種配置的量測范圍可擴(kuò)展到 1 Ω 以下。其可實(shí)現(xiàn)的阻抗量測范圍取決于量測儀器，以及 4TP 配置能多嚴(yán)格地連到 DUT 連接點(diǎn)。若不能正確地連接電纜，就會限制量測范圍，甚至在某些情況下根本不能進(jìn)行量測。
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