使用靜電計(jì)進(jìn)行微弱電流測(cè)量

什么是靜電計(jì)

　　
　　像數(shù)字萬(wàn)用表（DMM）一樣 ，吉時(shí)利靜電計(jì)是用于測(cè)量電荷、電流、電壓和電阻的儀器。然而，靜電計(jì)具備10Fc的電荷測(cè)量分辨率，100 aA的電流分辨率，以及高達(dá)200TΩ的阻抗測(cè)量能力，超越了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字萬(wàn)用表。靜電計(jì)用于需要極端靈敏度或者需要多種類型的靈敏電子線路測(cè)量的場(chǎng)合。
　　
　　使用吉時(shí)利靜電計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)化的材料高阻值測(cè)量
　　
　　高阻測(cè)量
　　
　　電阻最常見(jiàn)的測(cè)量手段是數(shù)字萬(wàn)用表，它的測(cè)量范圍高達(dá)約200 MΩ。然而，在某些情況下，必須精確測(cè)量千兆歐和更高范圍的電阻。這些情況包括諸如以下的一些應(yīng)用：表征高兆歐和吉?dú)W級(jí)電阻、確定絕緣體的電阻率和測(cè)量印刷電路板的絕緣電阻。這些測(cè)量可借助靜電計(jì)實(shí)現(xiàn)，它可以同時(shí)測(cè)量非常低的電流和高阻抗電壓。
　　
　　常見(jiàn)的高阻測(cè)量
　　
　　■絕緣電阻——絕緣電阻是施加在兩電極之間的直流電壓與電極之間總電流的比值。絕緣電阻測(cè)量的例子包括測(cè)量在印刷電路板上的走線之間的漏電流，或者一個(gè)多芯電纜的導(dǎo)體之間的電阻。
　　
　　■體電阻率測(cè)量——體電阻率是指穿過(guò)1cm3的絕緣材料的電阻，并表示為歐姆-厘米，Ω•cm）。
　　
　　■表面電阻率測(cè)量——表面電阻率是絕緣材料的表面上兩個(gè)電極之間的電阻，并且以歐姆為單位表示（通常為了清晰表述，單位采用歐姆每方塊，即Ω•□）。
　　
　　使用吉時(shí)利靜電計(jì)來(lái)簡(jiǎn)化電容漏電流測(cè)量
　　
　　電容漏電流測(cè)量
　　
　　電容器在電子產(chǎn)品的各個(gè)領(lǐng)域都有著非常重要的應(yīng)用。從定時(shí)電路到采樣和保持應(yīng)用，我們都依賴于電容以一個(gè)幾近完美的方式運(yùn)行。然而，在許多情況下，復(fù)雜的電化學(xué)相互作用導(dǎo)致電容無(wú)法達(dá)到完美。其中一個(gè)不太理想的特性便是漏電流，或者說(shuō)絕緣電阻（IR）。
　　
　　電容漏電流可以用絕緣電阻來(lái)表征，單位是兆歐-微法（MΩ•μF），由電阻值除以電容值來(lái)計(jì)算，或者表示為一個(gè)特定電壓下的漏電流。6517B型靜電計(jì)對(duì)此應(yīng)用特別有用，因?yàn)樗梢燥@示電阻或漏電流，并且輸出高達(dá)1000V直流電壓激勵(lì)。
　　
　　電容器的漏電是通過(guò)向待測(cè)電容施加一個(gè)固定電壓并測(cè)量產(chǎn)生的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。漏電流將隨時(shí)間呈指數(shù)衰減，因此在測(cè)量電流之前，施加電壓必須達(dá)到一個(gè)已知的時(shí)間周期（“保壓”時(shí)間，“soak” time）。如果電路中包含一個(gè)正向偏置的二極管（D），測(cè)量性能將得到改進(jìn)，如下圖所示。該二極管的作用就像是一個(gè)可變電阻，電容器的充電電流很高時(shí)其電阻變低，之后當(dāng)電流隨時(shí)間減小時(shí)，電阻值增高。串聯(lián)電阻阻值可以大大減小，因?yàn)樗恍柙陔娙萜鞅欢搪窌r(shí)防止電壓源過(guò)載和二極管受到損壞。
　　

　　出于統(tǒng)計(jì)的需要，可以經(jīng)常通過(guò)測(cè)試一定數(shù)量的電容器來(lái)生成有用的數(shù)據(jù)。顯然，手動(dòng)執(zhí)行這些測(cè)試是不切實(shí)際的，因此就需要一套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。下圖示出這樣一個(gè)系統(tǒng)，它采用一個(gè)6517B型靜電計(jì)/高阻計(jì)和安裝在開(kāi)關(guān)主機(jī)中的開(kāi)關(guān)板卡。6517B型靜電計(jì)對(duì)此應(yīng)用特別有用，因?yàn)樗梢燥@示電阻或漏電流，并且輸出電壓高達(dá)1000V的直流激勵(lì)。
　　


　　使用吉時(shí)利靜電計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)化的絕緣電阻測(cè)量
　　
　　高阻測(cè)量
　　
　　電阻最常見(jiàn)的測(cè)試儀器是數(shù)字萬(wàn)用表，它的測(cè)量范圍高達(dá)約200 MΩ。然而，在某些情況下，必須準(zhǔn)確測(cè)量千兆歐和更高范圍的電阻。這些情況包括諸如此類的一些應(yīng)用：表征高兆歐級(jí)電阻、確定絕緣體的電阻率和測(cè)量印刷電路板的絕緣電阻。這些測(cè)量通過(guò)使用靜電計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，它可以同時(shí)測(cè)量非常微弱的電流和高阻抗電壓。
　　
　　常見(jiàn)的絕緣漏電測(cè)量
　　
　　■連接器的絕緣電阻——考慮到當(dāng)今日益縮小的電路幾何尺寸和更高頻率的電子信號(hào)，隔離性能是可靠性和串?dāng)_方面的一個(gè)重要考慮因素。隔離性能通常是通過(guò)將電壓施加到連接器的兩個(gè)引腳之間，并測(cè)量相應(yīng)流過(guò)它們之間的電流來(lái)測(cè)得。測(cè)出的電阻和預(yù)定的閾值進(jìn)行比較。如果電阻水平太低，該連接器將被丟棄。圖7示出一個(gè)連接器的等效電路，隔離電阻記為Riso。當(dāng)測(cè)試阻值非常的器件時(shí)，測(cè)得的電阻可能會(huì)隨著所施加的電壓的變化而出現(xiàn)顯著變化，這一效應(yīng)以電阻電壓系數(shù)表征。
　　


　　■ PCB表面絕緣電阻——印刷電路板（PCB）的低表面絕緣電阻（SIR）會(huì)大大降低板上電路的性能。影響電路板的表面絕緣電阻的因素包括電路板使用的材料，焊料掩蔽層或保形涂料等涂層的存在、電路板清潔度，以及相對(duì)濕度。測(cè)量到的絕緣電阻通常為107Ω至1016Ω之間。圖6顯示了一個(gè)用于測(cè)量PCB表面電阻的測(cè)試設(shè)置。

　　
　　吉時(shí)利靜電計(jì)功能特色
　　
　　類似DMM的操作
　　
　　6514型和6517B型靜電計(jì)的特色在于通過(guò)前面板輕松地進(jìn)行類似DMM的操作，單個(gè)按鈕即可控制重要功能，例如電阻測(cè)量。它們也可以通過(guò)一個(gè)內(nèi)置的IEEE-488接口控制，這使得人們可以借助一個(gè)計(jì)算機(jī)控制器通過(guò)總線對(duì)所有功能進(jìn)行編程控制。
　　
　　然而，不同于數(shù)字萬(wàn)用表的是，靜電計(jì)擁有較低的偏置電流和輸入負(fù)擔(dān)。6514型或6517B型的的輸入偏置電流均< 3 fA。通常情況下，數(shù)字萬(wàn)用表的偏置電流是幾十或幾百皮安。相比之下，這嚴(yán)重限制了它們的微弱電流測(cè)量能力。
　　
　　掃描卡（ 6517B ）
　　
　　可以提供兩種掃描卡，用于簡(jiǎn)化多路信號(hào)的掃描,例如電容器或其他電路生產(chǎn)中的測(cè)試。每一個(gè)掃描卡都可以很輕松地地插入儀器背面面板的備選插槽。6521型掃描卡可提供10通道的微弱電流掃描。6522型掃描卡提供了具有高阻抗電壓開(kāi)關(guān)或微弱電流開(kāi)關(guān)能力的10條通道。
　　


　　交變極性法測(cè)電阻/電阻率 (6517B)
　　
　　6517B型采用交變極性法測(cè)量阻抗/電阻率，這幾乎消除了樣品中的任何背景電流的影響。背景電流的一階和二階漂移也被對(duì)消了。交替改變所施加的電壓的極性，通常實(shí)現(xiàn)一個(gè)高度可重復(fù)的、精確的電阻（或電阻率）測(cè)量。