兩線與四線電阻測(cè)量

大多數(shù)精密數(shù)字萬(wàn)用表 (DMM) 和許多源測(cè)量單元 (SMU) 都提供兩線和四線電阻測(cè)量功能。然而，這兩種技術(shù)并不同樣適用于所有電阻測(cè)量應(yīng)用。本文簡(jiǎn)要概述了如何為特定應(yīng)用確定最合適的技術(shù)。

數(shù)字萬(wàn)用表通常采用恒流方法來(lái)測(cè)量電阻，該方法為被測(cè)設(shè)備 (DUT)提供恒定電流 (I SOUR ) 并測(cè)量電壓 (V MEAS )。然后使用已知電流和測(cè)量電壓 (R DUT = V MEAS /I SOUR )計(jì)算并顯示電阻 (RDUT )。圖 1 顯示了恒流測(cè)試的簡(jiǎn)單示意圖。

圖 1. 兩線測(cè)試配置中的恒流電阻測(cè)量方法。

提供給 DUT 的測(cè)試電流取決于所選的測(cè)量范圍(表 1)。例如，對(duì)于 100Ω 量程，測(cè)試電流為 1mA。由于典型 DMM 的電壓表具有非常高的輸入阻抗，因此幾乎所有測(cè)試電流 (1mA) 都流經(jīng) DUT。

表 1. – 典型 DMM 范圍和測(cè)試電流

兩線電阻測(cè)量

圖 2 表示采用恒流方法的兩線電阻測(cè)試配置。

圖 2. 兩線電阻測(cè)量原理圖。

應(yīng)用于低電阻測(cè)量的兩線法的主要測(cè)量問(wèn)題是總引線電阻 (RLEAD) 被添加到測(cè)量中。由于測(cè)試電流 (I) 會(huì)導(dǎo)致引線電阻上的電壓降很小但很明顯，因此儀表測(cè)量的電壓 (VM) 不會(huì)與直接通過(guò)測(cè)試電阻 (R) 的電壓 (VR) 完全相同，并可能導(dǎo)致相當(dāng)大的錯(cuò)誤。典型的引線電阻范圍為 10mΩ 到 1Ω，因此當(dāng)被測(cè)電阻低于 100Ω 時(shí)，很難獲得準(zhǔn)確的兩線電阻測(cè)量，因?yàn)楦信d趣的電阻將完全被引線電阻淹沒(méi)。事實(shí)上，引線電阻將是主要的誤差來(lái)源。例如，使用 100mΩ 組合電阻的測(cè)試線對(duì) 500mΩ 電阻進(jìn)行兩線電阻測(cè)量，除了儀器誤差外，還會(huì)產(chǎn)生 20% 的測(cè)量誤差。由于兩線法的局限性，另一種方法用于降低測(cè)試引線電阻影響的低電阻測(cè)量。為了測(cè)量電阻等于或小于 1kΩ 的 DUT，測(cè)試工程師可以使用圖 3 中所示的四線 (Kelvin) 連接。因?yàn)殡妷菏窃?DUT 上測(cè)量的，所以消除了測(cè)試引線中的壓降(這個(gè)電壓可以測(cè)量低電阻器件時(shí)非常重要)。一種不同的方法用于降低測(cè)試引線電阻影響的低電阻測(cè)量。為了測(cè)量電阻等于或小于 1kΩ 的 DUT，測(cè)試工程師可以使用圖 3 中所示的四線 (Kelvin) 連接。因?yàn)殡妷菏窃?DUT 上測(cè)量的，所以消除了測(cè)試引線中的壓降(這個(gè)電壓可以測(cè)量低電阻器件時(shí)非常重要)。一種不同的方法用于降低測(cè)試引線電阻影響的低電阻測(cè)量。為了測(cè)量電阻等于或小于 1kΩ 的 DUT，測(cè)試工程師可以使用圖 3 中所示的四線 (Kelvin) 連接。因?yàn)殡妷菏窃?DUT 上測(cè)量的，所以消除了測(cè)試引線中的壓降(這個(gè)電壓可以測(cè)量低電阻器件時(shí)非常重要)。

使用這種配置，測(cè)試電流 (I) 通過(guò)一組測(cè)試引線強(qiáng)制通過(guò)測(cè)試電阻 (R)，而 DUT 上的電壓 (VM) 通過(guò)第二組引線(感應(yīng)引線)測(cè)量。

圖 3. 四線電阻測(cè)量配置。

盡管一些小電流(通常小于 100pA)可能會(huì)流過(guò)感應(yīng)引線，但它通常可以忽略不計(jì)，并且在所有實(shí)際用途中通常可以忽略不計(jì)。因此，儀表測(cè)量的電壓 (VM) 與電阻 (R) 兩端的電壓 (VR) 基本相同。

因此，電阻值的確定比兩線法要準(zhǔn)確得多。請(qǐng)注意，電壓感應(yīng)引線應(yīng)盡可能靠近被測(cè)電阻器連接，以避免在測(cè)量中包含測(cè)試引線的部分電阻。

圖 4. 例如，吉時(shí)利的 5-1/2 位 2110 型數(shù)字萬(wàn)用表支持 100Ω、1kΩ、10kΩ、100kΩ、1MΩ、10MΩ 和 100MΩ 的電阻測(cè)量范圍的兩線和四線配置。