利用吉時利源表進行大電流進行低阻器件測量

   　低阻測量提供了識別隨時間變化的電阻要素的好辦法。通常，這類測量用于評估器件或材料是否因環境因素(如熱量、疲勞、腐蝕、振動等)而降級。對于許多應用而言，這些測量通常低于10Ω。阻值的變化往往是兩個觸點之間發生某種形式降級的最好指示。為了評估高功率電阻器、斷路器、開關、母線、電纜、連接器及其他電阻元件，通常使用大電流進行低阻測量。

　　大多數數字多用表(DMM)不具備通過大電流進行低阻測量的能力。可通過數字多用表(DMM)與電源一起進行測量，但為了實現測量過程自動化，這些儀器首先必須集成于系統，然后必須人工計算電阻。

　　利用源測量單元(SMU)儀器或數字源表儀器，可以簡化大電流激勵的低阻測量。數字源表儀器能夠源和測量電流和電壓。吉時利源表(SMU)儀器具有拉/灌大電流并測量電壓和電流的靈活性，使之成為測量低阻器件(需要高達7A激勵電流)的完美解決方案。2460型儀器可以自動計算電阻，因此無需人工計算。其遠程檢測和偏移補償等內建特性有助于優化低阻測量。2460型儀器分辨率小于1mΩ。

　　通過吉時利源表2460型儀器前面板或后面板端子，均可進行低阻測量，如圖1和圖2所示。注意，可以分別使用前面板端子或后面板端子，但不能交叉連接混合。

　　當引線與待測器件(DUT)連接時，注意FORCE LO與SENSE LO與DUT待測器件(DUT)引線一端相連，FORCE HI與SENSE HI與DUT待測器件(DUT)引線另一端相連。檢測。連接應當盡量靠近待測電阻。這個4線測量消除了測試引線電阻對測量的影響。

　　圖1給出前面板連接，可以通過額定電流最大值為7A的4根絕緣香蕉電纜進行連接，如兩組吉時利8608型高性能鱷魚夾測試線組。

　　圖1 進行低阻測量時2460型儀器前面板連接圖

　　圖2給出后面板連接，可以通過2460-KIT型螺絲端子連接器套件(2460型儀器包括該套件)或2460-BAN型香蕉測試引線/適配器電纜進行連接。

　　圖2 進行低阻測量時2460型儀器后面板連接

　　一、常見的低電阻測量誤差源

　　低電阻測量的誤差源有很多種，包括引線電阻、非歐姆接觸以及器件加熱。

　　1、引線電阻

　　如圖3所示，所有測試引線都具有一定的電阻，某些引線電阻高達數百毫歐。如果引線電阻足夠高，可能導致不正確的測量。

　    2、熱電電壓

　　當電路的不同部分處在不同的溫度之下，或者當不同材料的導體互相接觸時，就會產生熱電動勢或熱電電壓。實驗室溫度波動或敏感電路附近的氣流可能引起測試電路溫度梯度變化，可能產生幾微伏的熱電電壓。

　　3、非歐姆接觸

　　當接點兩端的電位差與流過接點的電流不是線性比例關系的情況下，出現非歐姆接觸。非歐姆接觸可能發生在由氧化膜形成的低壓電路或其它非線性連接中。為了避免非歐姆接觸現象，應當選用適當的接點材料，如銦或金。要確保輸入端鉗位電壓足夠的高，以避免由于源接點的非線性而產生的問題。為了減少因伏特計非歐姆接觸帶來的誤差，采用屏蔽和適當的接地措施，以降低交流干擾。

　　4、器件加熱

　　進行低電阻測量時所使用的電流常常要比進行高電阻測量時所使用的電流大得多。如果測試電流足夠高，而使器件的電阻值發生變化時，就要考慮器件的功率耗散問題。電阻器的功率耗散由下式決定：

　　P = I2R.

　　從這個關系式可以看出，當電流增加一倍時，器件的功率耗散會增加到4倍。因此，把器件加熱效應降至最低的一個辦法是，在保持待測器件(DUT)兩端期望電壓的同時，盡可能使用最低的電流。如果電流電平不能降低，可以考慮使用窄電流脈沖而非直流信號。

　   二、怎樣成功實施低阻、大電流測量？

　　1、引線電阻和4線(開爾文)方法

　　電阻的測量常常使用圖3所示的兩線方法來進行。我們迫使測試電流流過測試引線和被測電阻(R)。然后儀表通過同一套測試引線來測量電阻兩端的電壓，并計算出相應的電阻數值。

　　圖3 利用源測量單元(SMU)儀器進行2線電阻測量

　　兩線測量方法用于低阻測量時的主要問題是測量結果中增加了引線的總電阻(RLEAD)。由于測試電流(I)在引線電阻上產生了一個小的、但是很重要的電壓降，所以儀表測量的電壓(VM)就不會和被測電阻(R)上的電壓完全相同，于是產生了相當的誤差。典型的引線電阻在1mΩ～10mΩ范圍內，所以當被測電阻小于10Ω～100Ω時，就很難用兩線測量方法來獲得準確的測量結果(取決于引線電阻的數值)。

　　由于兩線方法的局限性，所以對低阻測量來說，人們一般都喜歡采用如圖4所示的四線連接方法(開爾文法)。在這種配置下，迫使測試電流(I)經過一套測試引線流過被測電阻(R);而待測器件(DUT)兩端電壓則是通過稱為檢測引線的第二套引線來測量的。雖然在檢測引線中有小的電流流過，但是這些電流在所有實際測量工作中都是可以忽略的。

　　圖4 利用源測量單元(SMU)儀器進行4線電阻測量

　　由于檢測引線電壓降可以忽略不計，所以儀表測量出的電壓(VM)和電阻(R)上的電壓實際上是相同的。這樣，就能以比兩線方法高得多的準確度來確定電阻的數值。注意，應當把電壓取樣引線連到盡可能接近被測電阻的地方，以避免在測量中計入測試引線的電阻。

　　?熱電電壓(熱電動勢)和偏置補償歐姆法

　　偏置補償歐姆法是實現熱電動勢最小化的一種技術。如圖5a所示，只在測量周期的一部分時間里將源電流加到被測電阻上。當源電流接通時，儀器測量出的總電壓包括電阻器上的電壓降和熱電動勢(圖5b)。在測量周期的后一半時間內，將源電流關閉。這時儀表測量出的總電壓就只是電路中出現的熱電動勢(圖5c)。如果在測量周期的后一半時間內，能夠將VEMF準確地測出，就可以從測量周期前一半所測量出的電壓中將其減去，這樣偏置補償電壓測量結果就成為:

　　VM = VM1 – VM2

　　VM = (VEMF + IR) – VEM

　　FVM = IR

　　于是，

　　R = VM / I

　　同樣，我們注意到，該測量過程消除了熱電動勢項(VEMF)。儀器局限性

　　即使像源測量單元(SMU)儀器這種可提供高達7A直流電流的儀器在總輸出功率方面也具有局限性，這可能影響測量得到的電阻阻值。這個局限性源自設備設計，而且通常取決于設計參數，如儀器內部電源的最大輸出、設備中使用分立器件的安全工作區、儀器內部電路板上的金屬線間隔等。有些設計參數受到最大電流極限的限制，有些設計參數受到最大電壓極限的限制，還有一些設計參數受到最大功率極限(I×V)的限制。

　　圖6給出2460型儀器在不同工作點的最大直流電流和最大功率。例如，源測量單元(SMU)功率包絡最大電流為7A(圖中的A點)，最大電壓為100V(D點)。源測量單元(SMU)可以輸出地最大功率是100W，在D點時達到該功率 (1A×100V)。在A點，其功率低于49W。

　　圖5 偏置補償歐姆方法

　　圖6 2460型大電流源測量單元(SMU)儀器功率包絡

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