利用吉时利源表进行大电流进行低阻器件测量

   　低阻测量提供了识别随时间变化的电阻要素的好办法。通常，这类测量用于评估器件或材料是否因环境因素(如热量、疲劳、腐蚀、振动等)而降级。对于许多应用而言，这些测量通常低于10Ω。阻值的变化往往是两个触点之间发生某种形式降级的最好指示。为了评估高功率电阻器、断路器、开关、母线、电缆、连接器及其他电阻元件，通常使用大电流进行低阻测量。

　　大多数数字多用表(DMM)不具备通过大电流进行低阻测量的能力。可通过数字多用表(DMM)与电源一起进行测量，但为了实现测量过程自动化，这些仪器首先必须集成于系统，然后必须人工计算电阻。

　　利用源测量单元(SMU)仪器或数字源表仪器，可以简化大电流激励的低阻测量。数字源表仪器能够源和测量电流和电压。吉时利源表(SMU)仪器具有拉/灌大电流并测量电压和电流的灵活性，使之成为测量低阻器件(需要高达7A激励电流)的完美解决方案。2460型仪器可以自动计算电阻，因此无需人工计算。其远程检测和偏移补偿等内建特性有助于优化低阻测量。2460型仪器分辨率小于1mΩ。

　　通过吉时利源表2460型仪器前面板或后面板端子，均可进行低阻测量，如图1和图2所示。注意，可以分别使用前面板端子或后面板端子，但不能交叉连接混合。

　　当引线与待测器件(DUT)连接时，注意FORCE LO与SENSE LO与DUT待测器件(DUT)引线一端相连，FORCE HI与SENSE HI与DUT待测器件(DUT)引线另一端相连。检测。连接应当尽量靠近待测电阻。这个4线测量消除了测试引线电阻对测量的影响。

　　图1给出前面板连接，可以通过额定电流最大值为7A的4根绝缘香蕉电缆进行连接，如两组吉时利8608型高性能鳄鱼夹测试线组。

　　图1 进行低阻测量时2460型仪器前面板连接图

　　图2给出后面板连接，可以通过2460-KIT型螺丝端子连接器套件(2460型仪器包括该套件)或2460-BAN型香蕉测试引线/适配器电缆进行连接。

　　图2 进行低阻测量时2460型仪器后面板连接

　　一、常见的低电阻测量误差源

　　低电阻测量的误差源有很多种，包括引线电阻、非欧姆接触以及器件加热。

　　1、引线电阻

　　如图3所示，所有测试引线都具有一定的电阻，某些引线电阻高达数百毫欧。如果引线电阻足够高，可能导致不正确的测量。

　    2、热电电压

　　当电路的不同部分处在不同的温度之下，或者当不同材料的导体互相接触时，就会产生热电动势或热电电压。实验室温度波动或敏感电路附近的气流可能引起测试电路温度梯度变化，可能产生几微伏的热电电压。

　　3、非欧姆接触

　　当接点两端的电位差与流过接点的电流不是线性比例关系的情况下，出现非欧姆接触。非欧姆接触可能发生在由氧化膜形成的低压电路或其它非线性连接中。为了避免非欧姆接触现象，应当选用适当的接点材料，如铟或金。要确保输入端钳位电压足够的高，以避免由于源接点的非线性而产生的问题。为了减少因伏特计非欧姆接触带来的误差，采用屏蔽和适当的接地措施，以降低交流干扰。

　　4、器件加热

　　进行低电阻测量时所使用的电流常常要比进行高电阻测量时所使用的电流大得多。如果测试电流足够高，而使器件的电阻值发生变化时，就要考虑器件的功率耗散问题。电阻器的功率耗散由下式决定：

　　P = I2R.

　　从这个关系式可以看出，当电流增加一倍时，器件的功率耗散会增加到4倍。因此，把器件加热效应降至最低的一个办法是，在保持待测器件(DUT)两端期望电压的同时，尽可能使用最低的电流。如果电流电平不能降低，可以考虑使用窄电流脉冲而非直流信号。

　   二、怎样成功实施低阻、大电流测量？

　　1、引线电阻和4线(开尔文)方法

　　电阻的测量常常使用图3所示的两线方法来进行。我们迫使测试电流流过测试引线和被测电阻(R)。然后仪表通过同一套测试引线来测量电阻两端的电压，并计算出相应的电阻数值。

　　图3 利用源测量单元(SMU)仪器进行2线电阻测量

　　两线测量方法用于低阻测量时的主要问题是测量结果中增加了引线的总电阻(RLEAD)。由于测试电流(I)在引线电阻上产生了一个小的、但是很重要的电压降，所以仪表测量的电压(VM)就不会和被测电阻(R)上的电压完全相同，于是产生了相当的误差。典型的引线电阻在1mΩ～10mΩ范围内，所以当被测电阻小于10Ω～100Ω时，就很难用两线测量方法来获得准确的测量结果(取决于引线电阻的数值)。

　　由于两线方法的局限性，所以对低阻测量来说，人们一般都喜欢采用如图4所示的四线连接方法(开尔文法)。在这种配置下，迫使测试电流(I)经过一套测试引线流过被测电阻(R);而待测器件(DUT)两端电压则是通过称为检测引线的第二套引线来测量的。虽然在检测引线中有小的电流流过，但是这些电流在所有实际测量工作中都是可以忽略的。

　　图4 利用源测量单元(SMU)仪器进行4线电阻测量

　　由于检测引线电压降可以忽略不计，所以仪表测量出的电压(VM)和电阻(R)上的电压实际上是相同的。这样，就能以比两线方法高得多的准确度来确定电阻的数值。注意，应当把电压取样引线连到尽可能接近被测电阻的地方，以避免在测量中计入测试引线的电阻。

　　•热电电压(热电动势)和偏置补偿欧姆法

　　偏置补偿欧姆法是实现热电动势最小化的一种技术。如图5a所示，只在测量周期的一部分时间里将源电流加到被测电阻上。当源电流接通时，仪器测量出的总电压包括电阻器上的电压降和热电动势(图5b)。在测量周期的后一半时间内，将源电流关闭。这时仪表测量出的总电压就只是电路中出现的热电动势(图5c)。如果在测量周期的后一半时间内，能够将VEMF准确地测出，就可以从测量周期前一半所测量出的电压中将其减去，这样偏置补偿电压测量结果就成为:

　　VM = VM1 – VM2

　　VM = (VEMF + IR) – VEM

　　FVM = IR

　　于是，

　　R = VM / I

　　同样，我们注意到，该测量过程消除了热电动势项(VEMF)。仪器局限性

　　即使像源测量单元(SMU)仪器这种可提供高达7A直流电流的仪器在总输出功率方面也具有局限性，这可能影响测量得到的电阻阻值。这个局限性源自设备设计，而且通常取决于设计参数，如仪器内部电源的最大输出、设备中使用分立器件的安全工作区、仪器内部电路板上的金属线间隔等。有些设计参数受到最大电流极限的限制，有些设计参数受到最大电压极限的限制，还有一些设计参数受到最大功率极限(I×V)的限制。

　　图6给出2460型仪器在不同工作点的最大直流电流和最大功率。例如，源测量单元(SMU)功率包络最大电流为7A(图中的A点)，最大电压为100V(D点)。源测量单元(SMU)可以输出地最大功率是100W，在D点时达到该功率 (1A×100V)。在A点，其功率低于49W。

　　图5 偏置补偿欧姆方法

　　图6 2460型大电流源测量单元(SMU)仪器功率包络

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