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LCR數字電橋端接配置說明

LCR數字電橋端接配置說明一．引言對交流元件調試儀器（低頻 LCR 數字電橋，頻率 F ≤ 2MHz 時）來說，為了對被測元件（ DUT ）進行準確的量測，需采用先進的調試原理，如 I-V 轉換、檢相、 ADC 、先進的補償技術和準確的計算方法等。然而僅有這些是不夠的，采用何種端接技術和正確使用這些技術是極為重要的，正確的端接技術直接關系量測的準確性。本文試圖通過對所涉及的端接技術的描述，指導用戶正確地使用這些端接方法來達到正確調試元件的目的。由于 LCR 調試儀的型號各不相同，可能采用的端接方法也會有所區別。儀器量販歸納了由簡到繁共五種不同的端接技術，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、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 為信號源內阻， V 為儀器內部高阻輸入電壓表， 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 為存在于兩條調試線間的分布電容 C03 為存在于 DUT （ Zx ）的分布電容 Rs1,Rs2 為調試引線與 DUT 間的接觸電阻 Ls1,Ls2 為調試引線電感 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果上。 C01 ， C01 ， C03 ， Rs1,Rs2 ， Ls1,Ls2 均會對量測結果產生誤差。一般地，除個別情況在 LCR 調試儀上基本未采用此類端接方法。其典型的阻抗量測范圍（沒有進行補償）限制在 100 Ω 到 10k Ω 之間。 LCR數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**區別是將調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，對調試線不產生影響，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改進量測精度，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展到 10M Ω 以上。在高阻抗小電容調試時，采用三端配置可以降低配線的復雜性，且基本不影響調試效果。 LCR數字電橋端接配置說明
四． 4 端（ 4T ）配置如圖 3 為四端配置，設置獨立的電壓檢測線，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 對調試產生的影響，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生的影響。 4 端（ 4T ）配置可減小引線電感和電阻的影響。通常可改進低至 1 Ω 的較低阻抗量測范圍的精度。當 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 耦合將產生誤差。
五． 5 端（ 5T ）配置 5 端配置是 LCR 數字電橋常用的調試端配置方法，是一種有較好性能且調試端接相對并不復雜的端接方法。 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 調試儀器端接技術。
六． 4 端對（ 5TP ）配置從以上討論的調試端端接方法來看，除調試線互感的電磁耦合的影響外，存在于調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，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體，內導體和外導體流過電流圖 5. 4 端對端接配置示意圖大小相等方向相反，使外導體（屏蔽）抵消了內導體所產生的磁通。這種配置的量測范圍可擴展到 1 Ω 以下。其可實現的阻抗量測范圍取決于量測儀器，以及 4TP 配置能多嚴格地連到 DUT 連接點。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行量測。

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