如何使用吉時(shí)利源表2460型大電流數(shù)字源表源實(shí)現(xiàn)低阻測(cè)量

低阻測(cè)量提供了識(shí)別隨時(shí)間變化的電阻要素的好辦法。通常，這類(lèi)測(cè)量用于評(píng)估器件或材料是否因環(huán)境因素（如熱量、疲勞、腐蝕、振動(dòng)等）而降級(jí)。對(duì)于許多應(yīng)用而言，這些測(cè)量通常低于10Ω。阻值的變化往往是兩個(gè)觸點(diǎn)之間發(fā)生某種形式降級(jí)的最好指示。為了評(píng)估高功率電阻器、斷路器、開(kāi)關(guān)、母線(xiàn)、電纜、連接器及其他電阻元件，通常使用大電流進(jìn)行低阻測(cè)量。

大多數(shù)數(shù)字多用表（DMM）不具備通過(guò)大電流進(jìn)行低阻測(cè)量的能力。可通過(guò)數(shù)字多用表（DMM）與電源一起進(jìn)行測(cè)量，但為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化，這些儀器首先必須集成于系統(tǒng)，然后必須人工計(jì)算電阻。

利用源測(cè)量單元（SMU）儀器或數(shù)字源表儀器，可以簡(jiǎn)化大電流激勵(lì)的低阻測(cè)量。數(shù)字源表儀器能夠源和測(cè)量電流和電壓。吉時(shí)利源表2460型大電流數(shù)字源表源測(cè)量單元（SMU）儀器具有拉/灌大電流并測(cè)量電壓和電流的靈活性，使之成為測(cè)量低阻器件（需要高達(dá)7A激勵(lì)電流）的完美解決方案。2460型儀器可以自動(dòng)計(jì)算電阻，因此無(wú)需人工計(jì)算。其遠(yuǎn)程檢測(cè)和偏移補(bǔ)償?shù)葍?nèi)建特性有助于優(yōu)化低阻測(cè)量。2460型儀器分辨率小于1mΩ。

通過(guò)吉時(shí)利源表2460型儀器前面板或后面板端子，均可進(jìn)行低阻測(cè)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(dāng)引線(xiàn)與待測(cè)器件（DUT）連接時(shí)，注意FORCE LO與SENSE LO與DUT待測(cè)器件（DUT）引線(xiàn)一端相連，F(xiàn)ORCE HI與SENSE HI與DUT待測(cè)器件（DUT）引線(xiàn)另一端相連。檢測(cè)。連接應(yīng)當(dāng)盡量靠近待測(cè)電阻。這個(gè)4線(xiàn)測(cè)量消除了測(cè)試引線(xiàn)電阻對(duì)測(cè)量的影響。

圖1給出前面板連接，可以通過(guò)額定電流最大值為7A的4根絕緣香蕉電纜進(jìn)行連接，如兩組吉時(shí)利8608型高性能鱷魚(yú)夾測(cè)試線(xiàn)組。

圖1 進(jìn)行低阻測(cè)量時(shí)2460型儀器前面板連接圖

圖2給出后面板連接，可以通過(guò)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(cè)試引線(xiàn)/適配器電纜進(jìn)行連接。

圖2 進(jìn)行低阻測(cè)量時(shí)2460型儀器后面板連接

常見(jiàn)的低電阻測(cè)量誤差源

低電阻測(cè)量的誤差源有很多種，包括引線(xiàn)電阻、非歐姆接觸以及器件加熱。

引線(xiàn)電阻

如圖3所示，所有測(cè)試引線(xiàn)都具有一定的電阻，某些引線(xiàn)電阻高達(dá)數(shù)百毫歐。如果引線(xiàn)電阻足夠高，可能導(dǎo)致不正確的測(cè)量。

熱電電壓

當(dāng)電路的不同部分處在不同的溫度之下，或者當(dāng)不同材料的導(dǎo)體互相接觸時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)或熱電電壓。實(shí)驗(yàn)室溫度波動(dòng)或敏感電路附近的氣流可能引起測(cè)試電路溫度梯度變化，可能產(chǎn)生幾微伏的熱電電壓。

非歐姆接觸

當(dāng)接點(diǎn)兩端的電位差與流過(guò)接點(diǎn)的電流不是線(xiàn)性比例關(guān)系的情況下，出現(xiàn)非歐姆接觸。非歐姆接觸可能發(fā)生在由氧化膜形成的低壓電路或其它非線(xiàn)性連接中。為了避免非歐姆接觸現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)選用適當(dāng)?shù)慕狱c(diǎn)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(diǎn)的非線(xiàn)性而產(chǎn)生的問(wèn)題。為了減少因伏特計(jì)非歐姆接觸帶來(lái)的誤差，采用屏蔽和適當(dāng)?shù)慕拥卮胧?，以降低交流干擾。

器件加熱

進(jìn)行低電阻測(cè)量時(shí)所使用的電流常常要比進(jìn)行高電阻測(cè)量時(shí)所使用的電流大得多。如果測(cè)試電流足夠高，而使器件的電阻值發(fā)生變化時(shí)，就要考慮器件的功率耗散問(wèn)題。電阻器的功率耗散由下式?jīng)Q定：

P = I2R.

從這個(gè)關(guān)系式可以看出，當(dāng)電流增加一倍時(shí)，器件的功率耗散會(huì)增加到4倍。因此，把器件加熱效應(yīng)降至最低的一個(gè)辦法是，在保持待測(cè)器件（DUT）兩端期望電壓的同時(shí)，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(hào)。

怎樣成功實(shí)施低阻、大電流測(cè)量

引線(xiàn)電阻和4線(xiàn)（開(kāi)爾文）方法

電阻的測(cè)量常常使用圖3所示的兩線(xiàn)方法來(lái)進(jìn)行。我們迫使測(cè)試電流流過(guò)測(cè)試引線(xiàn)和被測(cè)電阻（R）。然后儀表通過(guò)同一套測(cè)試引線(xiàn)來(lái)測(cè)量電阻兩端的電壓，并計(jì)算出相應(yīng)的電阻數(shù)值。

圖3 利用源測(cè)量單元（SMU）儀器進(jìn)行2線(xiàn)電阻測(cè)量

兩線(xiàn)測(cè)量方法用于低阻測(cè)量時(shí)的主要問(wèn)題是測(cè)量結(jié)果中增加了引線(xiàn)的總電阻（RLEAD）。由于測(cè)試電流（I）在引線(xiàn)電阻上產(chǎn)生了一個(gè)小的、但是很重要的電壓降，所以?xún)x表測(cè)量的電壓（VM）就不會(huì)和被測(cè)電阻（R）上的電壓完全相同，于是產(chǎn)生了相當(dāng)?shù)恼`差。典型的引線(xiàn)電阻在1mΩ～10mΩ范圍內(nèi)，所以當(dāng)被測(cè)電阻小于10Ω～100Ω時(shí)，就很難用兩線(xiàn)測(cè)量方法來(lái)獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果（取決于引線(xiàn)電阻的數(shù)值）。

由于兩線(xiàn)方法的局限性，所以對(duì)低阻測(cè)量來(lái)說(shuō)，人們一般都喜歡采用如圖4所示的四線(xiàn)連接方法（開(kāi)爾文法）。在這種配置下，迫使測(cè)試電流（I）經(jīng)過(guò)一套測(cè)試引線(xiàn)流過(guò)被測(cè)電阻（R）；而待測(cè)器件（DUT）兩端電壓則是通過(guò)稱(chēng)為檢測(cè)引線(xiàn)的第二套引線(xiàn)來(lái)測(cè)量的。雖然在檢測(cè)引線(xiàn)中有小的電流流過(guò)，但是這些電流在所有實(shí)際測(cè)量工作中都是可以忽略的。

圖4 利用源測(cè)量單元（SMU）儀器進(jìn)行4線(xiàn)電阻測(cè)量

由于檢測(cè)引線(xiàn)電壓降可以忽略不計(jì)，所以?xún)x表測(cè)量出的電壓（VM）和電阻（R）上的電壓實(shí)際上是相同的。這樣，就能以比兩線(xiàn)方法高得多的準(zhǔn)確度來(lái)確定電阻的數(shù)值。注意，應(yīng)當(dāng)把電壓取樣引線(xiàn)連到盡可能接近被測(cè)電阻的地方，以避免在測(cè)量中計(jì)入測(cè)試引線(xiàn)的電阻。

?熱電電壓（熱電動(dòng)勢(shì)）和偏置補(bǔ)償歐姆法

偏置補(bǔ)償歐姆法是實(shí)現(xiàn)熱電動(dòng)勢(shì)最小化的一種技術(shù)。如圖5a所示，只在測(cè)量周期的一部分時(shí)間里將源電流加到被測(cè)電阻上。當(dāng)源電流接通時(shí)，儀器測(cè)量出的總電壓包括電阻器上的電壓降和熱電動(dòng)勢(shì)（圖5b）。在測(cè)量周期的后一半時(shí)間內(nèi)，將源電流關(guān)閉。這時(shí)儀表測(cè)量出的總電壓就只是電路中出現(xiàn)的熱電動(dòng)勢(shì)（圖5c）。如果在測(cè)量周期的后一半時(shí)間內(nèi)，能夠?qū)EMF準(zhǔn)確地測(cè)出，就可以從測(cè)量周期前一半所測(cè)量出的電壓中將其減去，這樣偏置補(bǔ)償電壓測(cè)量結(jié)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(cè)量過(guò)程消除了熱電動(dòng)勢(shì)項(xiàng)（VEMF）。儀器局限性

即使像源測(cè)量單元（SMU）儀器這種可提供高達(dá)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(cè)量得到的電阻阻值。這個(gè)局限性源自設(shè)備設(shè)計(jì)，而且通常取決于設(shè)計(jì)參數(shù)，如儀器內(nèi)部電源的最大輸出、設(shè)備中使用分立器件的安全工作區(qū)、儀器內(nèi)部電路板上的金屬線(xiàn)間隔等。有些設(shè)計(jì)參數(shù)受到最大電流極限的限制，有些設(shè)計(jì)參數(shù)受到最大電壓極限的限制，還有一些設(shè)計(jì)參數(shù)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(diǎn)的最大直流電流和最大功率。例如，源測(cè)量單元（SMU）功率包絡(luò)最大電流為7A（圖中的A點(diǎn)），最大電壓為100V（D點(diǎn)）。源測(cè)量單元（SMU）可以輸出地最大功率是100W，在D點(diǎn)時(shí)達(dá)到該功率（1A×100V）。在A點(diǎn)，其功率低于49W。