如何利用7011-S卡測(cè)量電容

電容測(cè)量被用于驗(yàn)證電容器滿足廠家的指數(shù)指標(biāo)。在進(jìn)行質(zhì)量控制時(shí)，可能會(huì)將一組電容器置于一個(gè)環(huán)境艙中，并測(cè)量每個(gè)電容器的電容。多個(gè)開(kāi)關(guān)將電容器連接至電容計(jì)。

在切換電容時(shí)，測(cè)試頻率和寄生電容會(huì)產(chǎn)生影響。由于通常采用高頻(kHz～MHz范圍)測(cè)量電容，所以仔細(xì)選擇開(kāi)關(guān)卡來(lái)避免帶寬限制引起的誤差很重要。必須通過(guò)開(kāi)路和短路校準(zhǔn)，由LCR測(cè)量?jī)x來(lái)修正開(kāi)關(guān)和電纜引入到系統(tǒng)中的電容。所以，了解LCR測(cè)量?jī)x是否能夠進(jìn)行必要的修正非常重要。

在圖1中，Keithley 7011-S型1×10路選通卡將LCR測(cè)量?jī)x連接到幾個(gè)未知電容器(C1～C8)。對(duì)于任意電容器的測(cè)量，必須閉合4個(gè)繼電器。4組開(kāi)關(guān)的輸出被連接到LCR測(cè)量?jī)x的4個(gè)輸入端子。

圖1，利用7011-S卡測(cè)量電容。

7011-S能對(duì)多達(dá)10個(gè)電容器進(jìn)行4線連接。然而，兩組通道必須被用于進(jìn)行開(kāi)路和短路校準(zhǔn)，所以，系統(tǒng)最多僅能測(cè)試8個(gè)電容器。在進(jìn)行開(kāi)路校準(zhǔn)時(shí)，HI CURR和HI POT導(dǎo)線必須通過(guò)每組中的通道9連接在一起;LO CURR和LO POT測(cè)試線必須被連接在一起。在進(jìn)行短路校準(zhǔn)時(shí)，全部4根導(dǎo)線通過(guò)每組中的通道10連接在一起。

連接到未知電容器的4根同軸電纜的屏蔽被彼此連接在一起。為了獲得最佳準(zhǔn)確度，應(yīng)該在靠近電容器處進(jìn)行連接。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在圖1中未繪制屏蔽。由于7011-S型卡上的空間限制，必須使用小型同軸電纜。所有通道的同軸電纜長(zhǎng)度應(yīng)該大致相同。

對(duì)于7011-S型卡，測(cè)試頻率可高達(dá)100 kHz.該卡可切換的最小未知電容大約為10pF。除受開(kāi)關(guān)卡最大電流額定值的限制外，沒(méi)有最大電容限制。

圖中所示的系統(tǒng)可通過(guò)更多的7011-S開(kāi)關(guān)卡方便地進(jìn)行擴(kuò)展。掃描儀主機(jī)的背板可連接每個(gè)開(kāi)的相應(yīng)開(kāi)關(guān)組。從所有開(kāi)上拆下“背對(duì)背”跳線即可。當(dāng)通過(guò)增加開(kāi)關(guān)卡擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí)，最大允許測(cè)試頻率將下降。在這類(lèi)應(yīng)用中不建議使用7011-C型開(kāi)關(guān)卡，其接線頭連接器引起的耦合會(huì)產(chǎn)生不可接受的誤差。

若要在1 MHz或更高頻率下測(cè)量電容器，使用RF開(kāi)關(guān)卡就非常關(guān)鍵，例如7711型2 GHz 50Ω射頻模塊。7711型模塊由兩組1×4多路選通開(kāi)關(guān)組成。如圖2所示，兩塊7711型模塊提供了4端連接，可連接一個(gè)4端電容橋，測(cè)試最多2個(gè)電容器。一個(gè)模塊切換電容橋的HI端子，而第二個(gè)模塊切換LO端子。

圖2，利用兩塊7711型模塊進(jìn)行高頻電容測(cè)量。

每組開(kāi)關(guān)的第二個(gè)通道被連接到一個(gè)跳線，以便進(jìn)行短路校準(zhǔn)。當(dāng)沒(méi)有通道被選中時(shí)，每組開(kāi)關(guān)的第一個(gè)通道(常閉)被連接到一個(gè)輸出端口。如圖所示，通過(guò)將同軸電纜連接之所有的4個(gè)輸出端口，則可進(jìn)行開(kāi)路校準(zhǔn)。此外，要注意這些電纜應(yīng)該與其它通道的電纜長(zhǎng)度相同。

為了擴(kuò)展系統(tǒng)至可測(cè)試更多的電容器，就需要更多的開(kāi)關(guān)模塊。由于每組開(kāi)關(guān)的兩路輸入需被連接到另一個(gè)模塊的輸出，所以就可以用1×8多路選通開(kāi)關(guān)代替1×4多路選通開(kāi)關(guān)。該系統(tǒng)共有6塊7711型模塊，可測(cè)試最多6個(gè)電容器。相似地，通過(guò)將兩個(gè)模塊連接為1×12多路選通開(kāi)關(guān)，用總共8個(gè)模塊即可測(cè)試最多10個(gè)電容器。

圖3所示的系統(tǒng)可測(cè)量電容器的電容和漏流。在該圖中，請(qǐng)留意皮安計(jì)pA和LCR測(cè)量?jī)x分別通過(guò)通道9和通道10連接到被測(cè)電容器的。7011-S開(kāi)關(guān)卡上的輸出端口沒(méi)有連接。然而，輸出端口可用于增加更多的開(kāi)關(guān)卡，增大總被測(cè)電容數(shù)量。

為了測(cè)量C1的漏流，必須首先閉合B組和C組的通道1和通道9，極化電容器。這將通過(guò)限流電阻R2將電壓源連接到電容器。經(jīng)過(guò)相應(yīng)的“保壓”時(shí)間后，閉合通道1/A組和通道9/A組，將皮安計(jì)連接到電容器，然后開(kāi)路通道9/B組，以避免短路皮安計(jì)。一旦測(cè)得了漏流，在對(duì)電容器放電時(shí)，應(yīng)該首先開(kāi)路通道9/A組和通道9/C組。然后閉合B組和D組上的通道9，這將在電容器C1兩端連接上電阻器R3。

注：開(kāi)關(guān)卡上的所有“背對(duì)背”跳線必須全部拆除。為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，省略了開(kāi)路和短路通道。

圖3，利用一塊7011-S卡測(cè)量電容和漏流。

二極管和電阻器R1與皮安計(jì)的輸入串聯(lián)，其有兩個(gè)功能：第一，電阻在電容發(fā)生短路時(shí)起到限流的作用;第二，在測(cè)量1nF或更大的電容器時(shí)，二極管將皮安計(jì)的噪聲降至最低。該二極管是感光性的，因此應(yīng)與R1一起被安裝在一個(gè)不透光的靜電屏蔽套內(nèi)。

C1的電容值測(cè)量可首先開(kāi)路B和D組開(kāi)關(guān)的通道9，然后閉合A～D組的通道10.這樣將把LCR橋連接至電容器C1。在連接LCR橋之前，請(qǐng)確保所有的電容器均被放電。

該系統(tǒng)的成本相對(duì)較低，然而，存在幾項(xiàng)性能方面的限制：

最大測(cè)試電壓為110 VDC。能夠以相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確度測(cè)量1 nA的漏流，因此可驗(yàn)證100V/1nA或100 GΩ的電容漏阻。

LCR橋的測(cè)試頻率不宜高于100 kHz。

被測(cè)最小電容大約為10pF。