簡單的偏移消除技術，用于小電容測量使用鑷表

介紹

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

LCR-Reader-MPA 采用交流響應法和直流充放電法進行測量。對于電容范圍在 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電容器充放電，同時測量產生的電壓的上升速率。電容值以上升速率為基礎，上升速率越慢，電容越大。

交流響應方法通過設備傳遞已知的高頻電流。從比率中記錄產生的電壓并計算阻抗的大小量。電壓和電流之間的相位角，等效電容或電感可同時測量，并計算出電阻。

更復雜的測試設備使用其他方法，如電橋電路。該方法測量精度高，間接測量阻抗。電橋法還可以測量寄生電阻、電容和電感。這種方法是通過將元件放入電橋電路來實現的。另一條腿的值是變化的，通過這個來確定未知的阻抗值。

測量微小電容的方法綜述發表在《測量微小電容變化的高精度方法》，Ashkan Ashrafi 和 Hossein Golnabi，《科學儀器評論》，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限制100? 電阻應用到 DUT 連接點 a 和 b . V 測試信號的振幅和頻率可調。也可以對被測工件施加正的或負的直流電壓。

被測元件上的電壓降由DAu 測量，電阻 Rj 上的電壓降由 DAj 測量，與流經被測元件的電流成正比。對 ADC信號進行數字化后，根據公式 DUT 阻抗 Z =Rj* Vau/Vaj計算其阻抗。

用開短路探針校準時獲得的阻抗(偏移量)的初始值存儲在設備的存儲器中，并在計算被測部件的阻抗時考慮，從而消除了由于設備內部寄生效應引起的偏移量。

被測元件可表示為以下等效電路之一:

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

串聯電路阻抗Z = Rs + iXs 并聯電路阻抗 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。

參數的計算

電容C = 1/(2πf|Xs|) 其中 f 為測試頻率。

電感L = Xs/(2πf). Q = |Xs|/Rs. D = 1/Q

當LCR-Reader-MPA 設置為自動模式時，它將選擇最佳頻率和等效電路進行測量。也可手動設定設備的具體測試參數;包括測量模式，測試信號的頻率范圍為 100 Hz 到 100kHz，并選擇 1.0、0.5 和 0.1 Vrms 的測試電壓。

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

電容是根據被測電容器在一定時間間隔充電時的電壓變化和測量大于40mf 的元件時施加的電流來計算的。

為了確定p-n 結的極性，可以通過施加直流電壓 n 向前和翻轉方向，檢測二極管來確定。

該裝置通過比較輸入信號和參考電壓來測量電壓。

頻率計在一定時間內(即輸入信號的兩個斜坡之間)計算參考發生器的脈沖。:默認為 1 秒)。同時計算輸入信號的周期數。然后由公式 f = M/N*f 計算頻率 f。N 為參考發生器的脈沖數，f 為參考發生器的頻率，M 為輸入信號的周期數。

抵消消除技術

測試引線的寄生偏移量取決于它們之間的距離。電容偏置校準板是一種可靠的方法，可以準確地確定距離，從而確定寄生電阻。虛擬PCB 使用孔來表示不同尺寸的元件(圖2)。該板可以用來確定 任何使用交流 響應 方法的鑷表(Smart Tweezers, LCR-Reader 和其它鑷表)的寄生電容。

圖2

使用板，簡單地把測試引線放入相同尺寸的孔作為被測試組件的尺寸。

用MPA 進行“開放校準”，按住操縱桿向右，發出嗶嗶聲 2 聲，然后松開。該裝置將自動消除測量值中的寄生電容。下表顯示了導線之間鑷子的距離與寄生電容值的關系。所示的測量是在 100 千赫時進行的。開放式校準使用2920 大小的組件(尖端之間 7.4 毫米)，因此該組件的偏移量接近于零。注意，結果將略有不同，取決于因素，如周圍的環境鑷子和尖端之間的距離;即使使用固定的尺寸，施加在尖端的壓力可能會改變距離。

用組件的具體尺寸對設備進行適當的開式校準后，組件值的絕對精度約為3 fF。

附錄A

LCR-READER-MPA 基本功能和特點

特性總結

        ? L-C-R-ESR 和 LED/二極管測量
        ? 交流/直流電壓/電流測量
        ? 頻率、脈沖周期、占空比表
        ? 示波器、信號發生器
        ? NIST 可追溯校準證書
        ? 開/短路校準
        ? 元器件分類
        ? 超級電容器測試
        ? 可選藍牙模塊

技術參數

        基本精度: 0.1%
        測試頻率: 100 Hz - 100 kHz
        測試信號電平: 0.1, 0.5, 1.0 Vrms

測量范圍

        電阻 R: 5 mW to 20 MW
        電容 C: 0.1 pF to 1 F
        電感 L: 1 nH to 100 H

物流參數

        尺寸: 18 x 3 x 1.6 cm
        重量: 1.35 oz.
        電池: 3.7V LiPo

附錄B

LCR-READER-MPA R-L-C-D 模式屏幕截圖
 

R-L-C-D 模式是默認的器件模式，用于測量電阻、電容、電感和二極管。要選擇模式，請在主菜單中選擇 R-L-CD。為了訪問模式參數(隱藏的子菜單)，將操縱桿向右按一聲。

R-L-C-D 模式的典型屏幕如下: