高容貼片電容的容量該如何測(cè)量才準(zhǔn)確?

問(wèn)題1：為什么在測(cè)高容量貼片電容時(shí)，容量值讀數(shù)會(huì)遠(yuǎn)低于標(biāo)稱值？

在測(cè)量電容器時(shí)，我們要理解真值、有效值和顯示值之間的區(qū)別。真值是剔除了元件寄生電感和寄生電阻等因素的理想電容器的容量值；有效值是元件阻抗實(shí)部和慮部的總和，它與頻率是相關(guān)的；顯示值是測(cè)量?jī)x器所顯示的數(shù)值，它同測(cè)量精度有關(guān)。當(dāng)測(cè)試高容值電容元件時(shí)，儀器的測(cè)試電壓設(shè)定值可能不一定等于傳送到測(cè)試元件兩端的電壓水平，從而顯示值就不等于有效值。

問(wèn)題2: 電容器的適用電壓和頻率應(yīng)該是多少？

大于10uF的貼片電容被認(rèn)為是高容值電容器。制造技術(shù)的改進(jìn)已讓陶瓷貼片電容MLCC制造廠生產(chǎn)貼片電容的容量值高于貼片鉭電容的容量值。這些高容值貼片電容是用于與鉭電容相同條件下的。測(cè)試電壓應(yīng)是0.5Vrms、測(cè)試頻率應(yīng)是120HZ。以下表格歸納了測(cè)試條件。

問(wèn)題3: 如何確認(rèn)測(cè)試電壓是正確的？

確認(rèn)測(cè)試電壓的最簡(jiǎn)易方法是在電容器正在被測(cè)試時(shí)測(cè)量電容器兩端的交流電壓。如圖1示。

圖1 測(cè)量確認(rèn)被測(cè)試元件兩端交流電壓VAC

我們?cè)跍y(cè)試電容器容量值時(shí)，當(dāng)容量測(cè)試儀輸出的測(cè)試電壓低于要求的下限0.8Vrms，會(huì)讀得低的容量值。一些容量測(cè)試儀，如HP4284A，帶有電壓和電流顯示，如圖2。

圖2 HP4284 顯示的電壓和電流實(shí)值

當(dāng)這些功能是“ON“時(shí)，加在被測(cè)試元件“DUT”兩端的電平，或說(shuō)通過(guò)被測(cè)試元件“DUT”的電流值會(huì)直接顯示在測(cè)試儀器的顯示屏上，無(wú)需連接電壓測(cè)試儀。傳輸?shù)?ldquo;DUT”的實(shí)際測(cè)試電壓可能與電橋上設(shè)定的測(cè)試電壓值有較大的差別，知道并理解這點(diǎn)是非常重要的。

問(wèn)題4：為什么測(cè)試儀會(huì)輸出值與預(yù)先設(shè)定測(cè)試電壓值不一致？

對(duì)某一具體的容量測(cè)試儀，電容器的阻抗會(huì)影響容量測(cè)試讀數(shù)。電容器的阻抗（Z）公式如下：

由此，頻率（f）和容量（C）會(huì)影響被測(cè)元件“DUT”的阻抗值。當(dāng)容量和頻率上升，“DUT” 的阻抗值會(huì)下降。容量測(cè)試儀的自帶阻抗模組會(huì)切換到低檔位，以補(bǔ)償“DUT”的低阻抗。一些容量測(cè)試儀有幾個(gè)阻抗檔位設(shè)定以便精確地補(bǔ)償不同的“DUT”阻抗。然而，不是所有的容量測(cè)試儀都能夠切換到合適的低阻抗檔位，其結(jié)果就是不精確的容量值讀數(shù)會(huì)出現(xiàn)。換句話說(shuō)，一臺(tái)配置是高阻抗的測(cè)試儀因沒(méi)能提供按設(shè)定的全額測(cè)試電壓到達(dá)“DUT”兩端，會(huì)導(dǎo)致容量測(cè)試低的容量值讀數(shù)。

問(wèn)題5：就用哪種類型的容量測(cè)試儀測(cè)試高容貼片電容MLCC？

為了精確測(cè)試高容量，推薦測(cè)試儀為 HP4284A、HP4278A等或相當(dāng)儀器。

HP4284A 帶有高功率選項(xiàng)（option 001）可以提高交流電流值從10mArms 到100mArms。有了更高的充許電流范圍，測(cè)試儀有更大的功率保持交流電壓值加載在“DUT”上。HP4284A同時(shí)帶有電壓、電流值監(jiān)視器，可以顯示加在“DUT”上的實(shí)際電壓和電流值。使用HP4284A的不足之處是增加了測(cè)試時(shí)間。HP4284A使用一組反饋數(shù)據(jù)去保持足夠的交流電平。HP4284A的測(cè)試時(shí)間可按以下公式計(jì)算：

（測(cè)試時(shí)間+ 115ms）* n （n=2～6） 公式2

如果測(cè)量速度要求高測(cè)時(shí)精度時(shí)，推薦使用HP4278A。這款測(cè)試儀沒(méi)有ALC功能或且電壓電流水平監(jiān)視器，但AC電壓仍然是通過(guò)一個(gè)電壓儀核實(shí)過(guò)的。HP4278A是HP4284A的一款更早一代的產(chǎn)品，因更快測(cè)試速度，它常被指定為生產(chǎn)用測(cè)試儀。

無(wú)論如何，重點(diǎn)是測(cè)試儀必須能供給正確的電壓到“DUT”上。針對(duì)性低阻抗的高容貼片電容MLCC，可以通過(guò)切換到低輸出阻抗檔位，或是使用具有自動(dòng)保持輸出電壓功能的儀器。

問(wèn)題6：能否自動(dòng)保持測(cè)試電平在“DUT”上？

HP4284A有一個(gè)自動(dòng)電平控制的功能。激活這個(gè)功能后，設(shè)定電壓可以保持恒值在“DUT”上。用該儀器測(cè)量高容貼片電容MLCC產(chǎn)品時(shí)，要確認(rèn)ALC功能是“ON”的。（圖3-4）。沒(méi)有打開此功能時(shí)會(huì)導(dǎo)致測(cè)量讀數(shù)被誤讀為低值。

圖3   設(shè)置ALC “ON”

圖4   ALC 打開指示標(biāo)識(shí)

問(wèn)題7： 當(dāng)高容MLCC測(cè)試容量值讀數(shù)低于標(biāo)稱容量標(biāo)準(zhǔn)下限時(shí)，應(yīng)如何處理？

1）確認(rèn)容量測(cè)試儀電壓和頻率設(shè)定是正確的（見表1，制造廠具體指定測(cè)試條件的除外）。

2）用電壓測(cè)試表連接到容量測(cè)試機(jī)檢測(cè)“DUT”，確認(rèn)加載在元件上的電壓符合1.0+0.2Vrms的要求。

3）如果儀器有ALC或類似功能，確保是“ON”的狀態(tài)。

4）參考容量測(cè)試儀手冊(cè)確定適合的阻抗設(shè)定，和確認(rèn)測(cè)試儀是否能自動(dòng)補(bǔ)償檔位以補(bǔ)償電容器阻抗。

問(wèn)題8: 不同測(cè)試設(shè)置對(duì)容量測(cè)試的真實(shí)影響有多大？

如前述，隨著容量和測(cè)試頻率的上升，“DUT”的阻抗下降。為進(jìn)一步解答這個(gè)問(wèn)題，下面例子從數(shù)學(xué)上展示了“DUT”的阻抗是如何影響加在“DUT”上的實(shí)際電壓值的。

電容器1206X7R106K160N分別使用HP4263B和HP4278A進(jìn)行容量測(cè)試。代入頻率1KHZ和容量值10uF 到公式1中，得到電容器的阻抗大概是16Ω。

當(dāng)1.0Vrms 從測(cè)試儀器加到電容器上時(shí)，電壓被儀器阻抗和DUT阻抗分壓。以下解釋表明HP4263B的阻抗仍保持在100Ω，而HP4278A的阻抗自動(dòng)變?yōu)?.5Ω以匹配電容器的阻抗。結(jié)果是，對(duì)HP4263B，輸出電壓大部分落在容量測(cè)試儀阻抗上，而HP4278A能使電容器兩端獲得大部分析電壓分壓（圖5-6）。因此HP4263B會(huì)顯示一個(gè)比真實(shí)容量值低的容量讀數(shù)。

如上所示，設(shè)定測(cè)試儀的OSC電壓為1.0Vrms并不能保證全部應(yīng)用電壓被傳送到DUT上。這并不驚奇地發(fā)現(xiàn)DUT兩端的電壓會(huì)是設(shè)定測(cè)試電壓值的10%。下圖展示的是一個(gè)更低的VAC 是如何影響測(cè)試容量值的（圖 7）。

下列圖表解釋ALC “ON”和“OFF”的差別。 當(dāng)ALC 功能“OFF”，加在DUT上的實(shí)際電壓大約是設(shè)定電壓1.0Vrms的10%。當(dāng)ALC “ON”時(shí)，加在DUT上的電壓幾乎是設(shè)定電壓的100%。HP4284A有電壓電流值監(jiān)視器，但實(shí)際電壓同樣可以通過(guò)使用電壓計(jì)核實(shí)。

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