第二章電阻測量

1、第二章 電阻(dinz)測量共一百二十九頁電子材料(cilio)與元件測試的基本概念（1）電子元件的分類及基本參數(shù) a. 按制造元件的材料分類：無機材料、有機(yuj)材料、單晶材料、多晶材料等。 b.按元件參數(shù)特性分類：固定元件（固定電阻、電容、電感等）和可變元件（敏感元件等）等。 c.按元件參數(shù)分類：電阻式元件、電容式元件、電感式元件、有源元件等。共一百二十九頁（2）元器件的主要特征參數(shù)電阻式元件：電阻值R。電容式元件：電容量C（相對介電常數(shù)r）、介質(zhì)損耗角正切(zhngqi)tan、絕緣電阻擊穿強度等。電感式元件：電感量L、品質(zhì)因數(shù)Q。有源元件：熱釋電系數(shù)、光電系數(shù)、壓電系數(shù)等。其他：非

2、線性電阻的伏安特性，鐵電材料的電滯特性等。共一百二十九頁（3）電子元件測量方法分類(fn li)a.常規(guī)參數(shù)(cnsh)測量直接測量間接測量組合測量b.電子元器件的可靠性試驗用預先按已知量標好的測量儀器對未知量直接測量測量有確定函數(shù)關系的物理量，然后用函數(shù)關系、曲線或圖表求未知量用直接測量與間接測量結(jié)果，聯(lián)立方程得到未知量組合測量共一百二十九頁一.序二.試樣與電極三.高電阻測量（歐姆表、檢流計、靜電計法、高阻計、振動電容超級高阻計、比較法測電阻、充電法測電介質(zhì)的絕緣電阻、自放電法等）四.低電阻、超低電阻測量（測低阻、超低阻、四探針(tn zhn)法）五.電阻率測量的意義共一百二十九頁一.序電介

3、質(zhì)材料電阻測量往往是小電流甚至是微弱電流的測量。 電子材料(cilio)的電阻率范圍很寬，因此電阻率的測量實際上是超低阻、低阻、中阻、高阻以及超高阻的測量。泄漏電流充電電流極化(j hu)電流凈化電流共一百二十九頁a、電阻率=絕緣電阻不僅與絕緣材料的性能(xngnng)有關，而且還決定于絕緣系統(tǒng)的形狀和尺寸；而電阻率則完全決定于絕緣材料的性能(xngnng)。由于表面電阻率在很大程度上決定于材料表面附著的雜質(zhì)和水分，因此通常以體電阻率作為衡量絕緣材料的電性能參數(shù)。b、體電阻率=c、表面電阻率=共一百二十九頁 其中電介質(zhì)電阻率的測量與一般電阻測量相比應注意以下幾點：1.很多電介質(zhì)以離子電導為主，

4、在直流作用下，要發(fā)生離子遷移，并在電極處發(fā)生電量交換，故要保證被測試(csh)樣與電極有良好接觸。2.電介質(zhì)極化導致加壓時有位移電流出現(xiàn)，而且極化電流隨時間很快降落，故測量要在加電場一段時間后才開始計數(shù)，以保證測得的是傳導電流。3.將體積電導與表面電導分開測量（超低阻測量如超導測量不分，對超高阻測量則要分）。4.電介質(zhì)電導率很小，電阻率很高，故要注意漏電流及其他干擾的存在，并排除。5.對電導率（電阻率）受環(huán)境因素影響較大的材料，要注明測量條件，以及注意影響因素。如：溫度、濕度、場強、輻射影響（有機材料在x、射線照射下電導率增加）。共一百二十九頁中蘇美英日德溫度 oC205205231.125

5、0.61030201濕度 %655655502 755080655時間 h2424408818241620240.5表2-1 正?；幚?chl)標準注: 特殊(tsh)材料及特殊(tsh)要求者除外6.測試之前測試樣品進行正常化處理。共一百二十九頁二.試樣(sh yn)與電極絕緣材料要制成各種不同的形狀與尺寸(ch cun)的試樣，如板狀、薄膜、帶狀、管狀、棒狀等。試樣要經(jīng)過預處理或條件處理，并置放于規(guī)定的環(huán)境條件中進行測量。試樣表面應無外來的污染，沒有損傷，并要清除試樣上的殘余電荷。試樣共一百二十九頁圖2-1 測體積(tj)電流1.測量電極(被保護電極)2.保護電極3.高壓電極(不保護電極

6、)圖2-2 測表面電流1.高壓電極(不保電極)2.測量(cling)電極(被保護電極)3.保護電極等電位 電極有三電極和二電極之分，二電極適用范圍小(主要用于厚度小、IVIS 、S/V很大的樣品）電極共一百二十九頁 電極1的直徑至少應比試樣的厚度大10倍，實際采用的一般均不小于5mm；電極3的直徑及電極2的外徑應大于電極2的內(nèi)徑再加上試樣厚度的2倍。測量表面電阻率時，還規(guī)定電極1與2之間的寬度g至少應為試樣厚度的2倍，實際采用g不小于1mm。 電極尺寸的規(guī)定和選擇，除了考慮使測得的結(jié)果有代表性并能滿足測量設備靈敏度的要求之外，還要在測體積電阻率時，使測量電極下的電場盡可能均勻，減小電極邊緣效應

7、，從而近似按均勻電場來計算電阻率。在測量表面電阻率時，間隙g不能太小，這一方面是為了使沿電極周長間隙g的相對誤差不致太大；另一方面也是為了盡量(jnling)減小體積電流的影響，這種影響可用下式表示:共一百二十九頁圖2-4 測量(cling)S時IV的影響在測量表面電阻率時，為了減少體積電流(dinli)的影響，應采用三電極系統(tǒng)，而且g/h應滿足g/h2。二電極(曲線1)：g，g/h，f(g/h)。三電極(曲線2) ：g，g/h，IV基本流向保護極，故f(g/h)，但是g太大， IX小，則需提高檢測IS的儀表的靈敏度，或增大測試電壓。圖2-3 g/h對f(g/h)的影響共一百二十九頁 1.使用

8、(shyng)三電極的目的： 將IV和IS分開， 使測量電極間電場均勻(去除邊緣效應,可用均勻電場下公式計算電阻率)。 2.(測體電阻率)使用二電極的場合 厚度很小時, IV IS ，s /V很大時， 不能用三電極情況， g不能太大，否則會增大體積電流的影響。 3.在三電極系統(tǒng)中，測量電極邊緣的電力線仍然向外彎曲，這相當于電極的有效面積增大：圖2-5 電極(dinj)間電力線彎曲示意圖共一百二十九頁 因此有效面積比實際面積大，故平板式三電極(dinj)系統(tǒng)，體電阻率V計算公式為： 其中(qzhng)：D1為電極1直徑，D2為電極2內(nèi)徑。共一百二十九頁電極(dinj)材料與裝置1.固體材料(ci

9、lio)測試時對電極材料(cilio)的要求： (1).接觸良好，良導體 (2).不影響試樣的原有性能 (3).制作方便銀漆和銀膏噴涂或真空蒸發(fā)金屬電極金屬箔電極導電橡皮電極膠體石墨電極導電液體電極共一百二十九頁 2.對液體材料 (1).導電性好。 (2).電極與試樣不會有相互作用。 (3).便于拆洗，電極容積一般不小于40mL，承受的試驗電壓不低于2kV。 (4).試樣：要求一次取樣，不能混入雜質(zhì)(特別是水分)，避免氣泡， 測試前應靜置8小時以上。 (5).采用標準液體電極，要求：a.需拆卸，清洗；b.間隙要均勻(同心，加熱膨脹時仍要同心)；d.支撐(zh chng)材料不吸收試樣和清洗劑。

10、共一百二十九頁三.高阻的測量(cling)簡介高阻測量的數(shù)學模型及測量方法 1).數(shù)學模型如下圖所示: RX=U/IXIX材料的S、V材料的絕緣電阻元件的絕緣電阻共一百二十九頁 由 I 的三種表達形式可決定測量方法: (1) I=U/R 電壓與電阻的比值。 (2) I=dQ/dt 單位時間內(nèi)電荷的變化。 (3) I=CdU/dt 已知容量為C的電容器上電壓對時間的變化率。2)測量方法 (1) 直接法測電壓 (2) 比較法測電流 (3) 充電(chng din)法測電荷Q (4) 充電法測電壓 (5) 自放電法測Ut曲線共一百二十九頁電阻測量高阻低阻超低阻恒定偏轉(zhuǎn)法自放電法充電法伏安法電橋法四探

11、針法測電流測電壓測電荷測電壓直接法比較法高電阻或者微電流的測量方法，按測量原理可分為四種：(1)直接測出通過樣品的微弱漏電流；(2)測量漏電流在標準高值電阻上的電壓降；(3)測量一定時間內(nèi)的漏電流在標準電容器上所積聚的電荷，簡稱充電法；(4)電橋法。圖2-6 電阻(dinz)測量的方法共一百二十九頁直接(zhji)法測量電阻 直接測量法即直接測量施加于試樣的穩(wěn)定(wndng)直流電壓U和流過試樣的穩(wěn)態(tài)電流I，通過歐姆定律計算出電阻R=U/I。或者使流過試樣的電流通過一個已知的標準電阻Rs，測量Rs兩端的電壓而求得通過的電流I。(一)歐姆表法(二)檢流計法(三)靜電計法(四)高阻計(五)震動電容

12、超高阻計(六)比較法測電阻(七)充電法測介質(zhì)絕緣電阻(八)自放電法測電阻共一百二十九頁(一)歐姆表法歐姆表電路(dinl)G手搖發(fā)動機、P流比式電流計、Rx試樣電阻。新型歐姆表已不用手搖發(fā)電機，而是用高頻升壓(shn y)后再整流，以獲得直流高壓，這比用手搖發(fā)電機更為輕便。R1、R2都是固定的，因此可以把讀數(shù)直接分度為試樣的電阻Rx值。共一百二十九頁 最方便(fngbin)的方法，儀器簡單、便于攜帶、讀數(shù)穩(wěn)定，常用于檢測電工產(chǎn)品的絕緣電阻。 特別是在戶外現(xiàn)場使用。 但它的靈敏度不高，只能測到100M，電壓等級有500V、1000V、2500V三種。 在使用中要選擇適當?shù)碾妷?，電壓太低可能暴露?/p>

13、出絕緣的弱點，太高可能發(fā)生絕緣擊穿。用不同電壓測得的絕緣電阻，有時是不可比的。共一百二十九頁1.機電式儀表(ybio)的分類 磁電式儀表: 固定的永久磁鐵產(chǎn)生的磁場與通過直流的可 動線圈相互作用. 電磁式儀表: 通過電流的固定線圈產(chǎn)生的磁場與可動磁性 元件相互作用. 電動式儀表: 通電的固定線圈與通電的可動線圈相互作用 原理: 被測量 變換 儀表活動部分的偏轉(zhuǎn)位移量 固定部分 測量機構 活動部分 （ 裝有指示器） 2.檢流計的結(jié)構及原理:RX高阻、超高阻IX微小檢流計靈敏度高(二)檢流計法共一百二十九頁圖2-7 復射光標(un bio)式檢流計原理被測電流(dinli)分流器導流絲線圈小鏡偏轉(zhuǎn)

14、永久磁鉄光標移動檢流計是一種靈敏度很高的直流電流表，目前國產(chǎn)的AC15-1型復射光標式檢流計，可檢測最小電流為10-10A/mm。如果試樣施加電壓為1000V，光標偏轉(zhuǎn)為10mm，則測得電阻可達1012。 共一百二十九頁 載流動(lidng)圈的轉(zhuǎn)角由電流強度和吊絲反作用力矩共同決定來完成光學系統(tǒng)顯示。*分析動圈受力狀態(tài)與運動狀態(tài)：載流動圈產(chǎn)生(chnshng)磁場永磁體動圈偏轉(zhuǎn)指示吊絲力矩M阻尼力矩Mp相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩M反作用力矩阻止偏轉(zhuǎn) 共一百二十九頁.轉(zhuǎn)動力矩 M 是轉(zhuǎn)角 和電流(dinli) I 的函數(shù)：M=f(I , )=I 其中為動圈轉(zhuǎn)動一弧度時穿過動圈的磁通。 =BnS 其中

15、(qzhng) B永磁體空氣隙中磁感應強度 n動圈砸數(shù) S動圈截面積 故：M= I=BnSI共一百二十九頁.阻尼力矩Mp與動框速度成正比 其中 P阻尼系數(shù) 、 r外電路電阻、 r。動框電阻 Mp是空氣對動框的制動；以及動框轉(zhuǎn)動時切割永磁體磁力線時產(chǎn)生阻尼。故反抗(fnkng)電流的大小與外電路電阻和內(nèi)阻有關。.當轉(zhuǎn)動停止時，d/dt 和 d2/dt2為零 , =。, 。為平衡時之偏轉(zhuǎn)角。.吊絲轉(zhuǎn)矩M與成正比，故有： M= 其中 反作用力系數(shù)(xsh)(與吊絲材料尺寸有關)。共一百二十九頁B永磁體空氣(kngq)隙中磁感應強度; n動圈砸數(shù)S動圈截面積; 反作用力系數(shù)共一百二十九頁.在停止偏轉(zhuǎn)前

16、,動框的運動狀態(tài)用微分方程(wi fn fn chn)描寫:共一百二十九頁 而一般(ybn)積分是特解與通解 (運動方程的動態(tài)或暫態(tài)解) 之線性組合.先看特征方程的解. ( ) 首先假設: 阻尼(zn)因數(shù)即共一百二十九頁討論：1）如 P2/4J2 /J 即 /J 即 1 時,這是非(shfi)周期運動的情況,方程的根為不相等的兩個實根.1 、2 ; P2/4J2 /J是過阻尼情況.共一百二十九頁 3) 如 P2/4J2 = /J 即 =1 時,則方程(fngchng)有重根 1=2=-P/2J這是非周期運動的特殊情形臨界狀態(tài)或臨界阻尼狀態(tài).對 大于、小于和等于1的三種情況的圖形(txng)和

17、有關表達式:共一百二十九頁歸納: .a.外電路開路: r ,P 0, 0 (當然1)時無阻尼(zn),為自由震蕩 T=2/0 b.外電路閉合:r=常數(shù), r00, P0, 1 為過阻尼（無振蕩但達到平衡位置時間長）. 圖2-8 大于、等于(dngy)和小于1三種情況的轉(zhuǎn)角時間圖t共一百二十九頁由情況 2 可見,外電路電阻可以改變 P 值,從而(cng r)控制動框的運動狀態(tài).動框的非周期臨界運動的最佳外接電阻稱為檢流計外臨界電阻. 由電流靈敏度SI可得電壓靈敏度SV的臨界 值: SV = SI/rK = SI/(r0+r)共一百二十九頁3.用檢流計測電阻(dinz)的方法：（1）檢流計電路及其

18、參數(shù)： 直流電源提供施加于試樣(sh yn)的直流電壓，通常用整流穩(wěn)壓電源，要求電壓穩(wěn)定，電壓脈動系數(shù)不超過5%，電壓大小可調(diào)，一般調(diào)節(jié)范圍為1001000V。提高電壓可以增大電阻的量程，但電壓太高電阻值會下降，甚至會發(fā)生擊穿。測試完畢要放電，時間不少于5分鐘。在做對比試驗時，電壓最好維持不變。IgS1：極性反向開關 R：保護電阻 圖2-9 檢流計電路圖IxIg共一百二十九頁IxIgS1：極性反向開關(kigun) R：保護電阻 圖2-9 檢流計電路圖為了能改變施加于試樣的電壓極性，采用換向開關S1，這時要求直流電源的輸出端都不接地。測量(cling)施加于試樣的電壓，最好用靜電電壓表直接接在

19、試樣兩端測量(cling)，這時要求靜電電壓表的電阻要比試樣的電阻最少高100倍；如果采用磁電式高壓表測量直流電源的輸出電壓，則要求試樣的電阻要比保護電阻R大100倍以上。保護電阻R是用以防止當試樣擊穿，或高壓電極與測量電極短路時損壞儀器，如果R是標準電阻，還可以用它來校核檢流計的常數(shù)。共一百二十九頁 S1：極性反向開關 R：保護(boh)電阻 圖2-9 檢流計電路圖校驗方法如下：將開關S3置于Rs的位置，將電極(dinj)2和3短接，閉合S1，并將S2置于“測量”位置，逐漸增大電壓和改變分流比，直到檢流計有明顯偏轉(zhuǎn)0，則檢流計的常數(shù)K可計算如下：IxIg共一百二十九頁 S1：極性反向開關 R

20、：保護(boh)電阻 圖2-9 檢流計電路圖U施加的電壓（V）；R保護電阻（）；0檢流計的偏轉(zhuǎn)讀數(shù)(dsh)（mm）；Ig流過檢流計的電流（A）；n分流比IxIg共一百二十九頁S1：極性反向(fn xin)開關 R：保護電阻 圖2-9 檢流計電路圖在校驗檢流計的常數(shù)時，要改變電壓極性，觀察檢流計左右兩邊的偏轉(zhuǎn)是否相等，若相差很大，則可能是檢流計沒有安放在水平(shupng)位置上，或是光束與標尺不相垂直，或是測試回路存在漏電流或寄生電動勢等，要找出原因并消除之。若相差很?。◣缀撩祝┚涂扇纱螠y量的平均值為0。IxIg共一百二十九頁S1：極性反向(fn xin)開關 R：保護電阻 圖2-9 檢流

21、計電路圖分流器是用以擴大量程和保護檢流計的，通過試樣(sh yn)的電流Ix，經(jīng)分流器分流后只有一小部分電流Ig流過檢流計，分流比n=Ig/Ix，不測量時使n=0，測量時n從小到大地調(diào)節(jié)，直到檢流計有明顯的讀數(shù)。為什么n從小到大調(diào)節(jié)？IxIg共一百二十九頁檢流計中線圈偏轉(zhuǎn)的阻尼，是由轉(zhuǎn)動過程割切磁力線產(chǎn)生的感應電動勢，在線圈與分流器組成的回路中感生的電流大小來決定的。當分流器的總電阻太小時，感生電流太大，從而產(chǎn)生過大的阻尼力矩，使檢流計偏轉(zhuǎn)太慢，這是過阻尼，如圖中曲線A所示。如果分流器的總電阻太大，就會因阻尼力矩太小而產(chǎn)生過沖振蕩，如曲線C所示。當分流以器的總電阻正好為檢流計外臨界電阻時，檢流

22、計的偏轉(zhuǎn)最快達到穩(wěn)定而不產(chǎn)生振蕩，如曲線B所示，這是正常的工作(gngzu)狀態(tài)。A過阻尼 B臨界阻尼 C欠阻尼圖2-10 檢流計偏轉(zhuǎn)的阻尼(zn)狀態(tài)共一百二十九頁（2）試樣(sh yn)的測定：S1：極性反向開關 R：保護(boh)電阻 圖2-9 檢流計電路圖1、將處理好的試樣安裝上電極，經(jīng)檢查，確定線路的漏電流，外來電勢的影響可以忽略。必要時還要先測量檢流計常數(shù)。2、按需要將開關S3 ，置于“Rv”或“Rs”，選擇好試驗電壓，閉合開關S1，將S2置于“測量”位置并開始計時。3、將分流比從“0”逐級增大，直到檢流計有明顯偏轉(zhuǎn)為止，記下一分鐘后的偏轉(zhuǎn)讀數(shù)。IxIg共一百二十九頁 S1：極性反

23、向開關 R：保護(boh)電阻 圖2-9 檢流計電路圖4、將分流器退回(tuhu)到“0”，并將開關S2置于放電位置，使試樣放電，放電時間不得少于五分鐘。5、重復上述程序，但開關S1閉合于另一邊，即改變電壓的極性，進行第二次測量，這時讀得檢流計另一邊偏轉(zhuǎn)數(shù)2。然后取平均值=(1+2)/2，絕緣電阻可按下式計算：IxIg共一百二十九頁（3）誤差(wch)分析：電阻測量(cling)時之誤差按積累定律計算：將微分變?yōu)樵隽浚咳〗^對值相加，得到讀數(shù)的實際相對誤差之和。rA= 共一百二十九頁例：對于檢流計法，如用1.5級表，則電壓表讀數(shù)誤差U/U為1.5%；檢流計常數(shù)的相對誤差(xin du w c

24、h)K/K在正常情況下為3%；設檢流表刻度一格為1mm，當偏轉(zhuǎn)數(shù)為50mm時，檢流計偏轉(zhuǎn)讀數(shù)的相對誤差/小于2%；分流計誤差n/n遠小于1%；在上述情況下相對誤差最大值為？(1)如果改變電壓極性時,左右偏轉(zhuǎn)角1 2相差太大,則處于什么狀況?(2)測試完要放電(fng din),時間為多久?共一百二十九頁(三) 靜電計法 從歐姆定律可看出：Rx=U/Ix ，其中U不是太小（易測），而Ix 很?。y測）。所以(suy)改用靜電計測量電壓。目前靜電計可以測到1/1000伏特。靜電計內(nèi)阻大，靈敏度高。電路如圖所示：圖2-11 靜電計電路圖Rk為保護(boh)電阻，RS為標準電阻，K1為測試與放電開關，

25、K2為試樣充電電流短路開關，K3為標準電阻RS選擇開關。共一百二十九頁注意: 開關絕緣良好、閉合時接觸良好 所有與RS并聯(lián)的電阻，如靜電計的內(nèi)阻(ni z)，開關K2的絕緣電阻，試樣的表面電阻等應比RS大100倍以上。逐步(zhb)增大RS圖2-12 測試曲線測量時，順序閉合開關K2、 K1于測量位置開始計時，過1020秒鐘后打開K2，逐步增大Rs，直到靜電計有明顯讀數(shù)為止，記下一分鐘時靜電計的讀數(shù)US，測試曲線如圖示。共一百二十九頁圖2-13 簡化(jinhu)電路圖RK共一百二十九頁.檢流計和靜電計法均需要提高(t go)測量儀表的靈敏度，隨之而來的問題有：儀表靈敏度越高,阻尼時間越長;零

26、點不穩(wěn)定,必須常常校正;測量裝置必須固定,不便攜帶.共一百二十九頁(四) 高阻計 -用放大技術測量更高的電阻(更小的電流)當絕緣電阻很高且通過的電流小于10-10A時，用最靈敏的檢流計也無法進行測量。只有應用(yngyng)電子放大技術，把微小的電流信號放大才能進行測量。這種測量高電阻的儀器稱為高阻計。高阻計是具有高輸入阻抗的直流放大器。 共一百二十九頁圖2-14 高阻計電路圖通過試樣的電流Ix流經(jīng)標準電阻(dinz)RN，在RN兩端產(chǎn)生電壓Ue（Ue即直流放大器的輸入信號），然后經(jīng)過放大器放大A倍后，在放大器的輸出端測得電流Ip，即有共一百二十九頁圖2-14 高阻計電路圖R包括放大器的輸出阻

27、抗、微安表的內(nèi)阻以及調(diào)節(jié)靈敏度的電阻Rp；S=A/R為高阻計的特性參數(shù)，于是(ysh)當RxRN的條件下，共一百二十九頁圖2-14 高阻計電路圖S、U、RN的取值一定(ydng)，Ip就可直接分度為電阻的讀數(shù)。圖中開關S起保護作用，它在試樣施加電壓前先閉合，在接上電壓的瞬時，較大的電流被短路不會損壞儀器。接上電壓數(shù)秒后再打開開關S，讓Ix通過RN。共一百二十九頁圖2-14 高阻計電路圖.增大RN可以提高測量電阻的范圍，這就可以通過改變Rs來改變量程。但RN是與放大器本身的輸入阻抗并聯(lián)的，為了使通過試樣的電流都能流過RN，它被輸入阻抗分流的部分可以忽略不計，則要求輸入阻抗要比RN大100倍以上。

28、.另外(ln wi)，當RN值很大時，測試回路的時間常數(shù)很大，電流有可能在1min內(nèi)達不到穩(wěn)定值。因此RN值不能選得太高。共一百二十九頁圖2-14 高阻計電路圖.增大S也可以提高靈敏度，但直流放大器的噪聲干擾和零點漂移限制了放大(fngd)倍數(shù)。.采用差動放大和負反饋等措施，可以得到一定的改善。共一百二十九頁 其中 S 放大器轉(zhuǎn)移導納（特性參數(shù)） 放大器電壓放大倍數(shù) Rp放大器輸入電阻（ 1014 ） Rg微安表內(nèi)阻 Up 放大器輸出電壓 Ue放大器輸入電壓 Ip放大器輸出電流共一百二十九頁（結(jié)型FET ： RGS 108109 絕緣柵FET ： RSr 1012 1013 ）共一百二十九頁.

29、 超高電阻(dinz)測試的途徑及問題提高UU太高,試樣會被擊穿提高RNRN太高則： a.放大器輸入電阻要更高； b.與RN并聯(lián)的電阻（如開關(kigun)）也要更高； c. RN太大， 系統(tǒng)穩(wěn)定時間太長. Ip要小要用更高靈敏度的電流表共一百二十九頁 .改進方案：采用特殊電路(dinl)（負反饋、差動放大） 串聯(lián)電壓負反饋圖 215 串聯(lián)(chunlin)電壓負反饋共一百二十九頁 共一百二十九頁 串聯(lián)(chunlin)電流負反饋圖 216 串聯(lián)(chunlin)電流負反饋共一百二十九頁共一百二十九頁輸入阻抗(sh r z kn):共一百二十九頁優(yōu)點缺點串聯(lián)電壓負反饋電流放大RS/Rf倍電壓放

30、大倍數(shù)為1輸入阻抗不變串聯(lián)電流負反饋電流放大RS/Rf倍輸入阻抗減小RS/A倍電壓放大倍數(shù)大.兩種負反饋的比較(bjio)： 表 2-2注：1. 電流放大倍數(shù)增大(zn d)可提高系統(tǒng)的靈敏度。 2. 電壓放大倍數(shù)小有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 3. 輸入阻抗減小等效于減小Rs，從而提高Rx的測試精度； 同時等效于減小Rp、提高Sc，從而提高Rx的可測值。共一百二十九頁(五)震動電容超高阻計(ZC-31型)1. 原理:由于直流放大零漂嚴重(ynzhng),易受干擾;而交流放大卻無此缺點.將直流先轉(zhuǎn)化為交流,再由交流進行放大檢波轉(zhuǎn)化為直流再測量.指示器或測試(csh)系統(tǒng)圖2-17 震動電容超高阻計

31、原理圖交流電源直流電源音頻振蕩器直流穩(wěn)壓電源交直流變換放大器檢波器URXR0IXU0共一百二十九頁因電源(dinyun)電壓U及變換器輸入電阻R0已知,故測出U0便可測出RX。共一百二十九頁2.直交流(jioli)變換器（震動電容器）Vh0h圖2-18 直交流(jioli)變換器原理圖勵磁圖2-19-1 震簧式原理: 根據(jù)U=Q/C得到, 當 C發(fā)生周期性變化,則電壓 U也發(fā)生周期性變化.震簧單端固定,大都在諧振下工作,易制作；驅(qū)動功率大,體積大,頻率偏移,調(diào)制系數(shù)變化大.對勵磁電源穩(wěn)定性要求高.共一百二十九頁震膜周圍(zhuwi)固定，與耳機相似.驅(qū)動功率小, 工作頻率范圍較寬，體積?。恢谱?/p>

32、困難.上下震膜周圍固定運動平穩(wěn)；諧振頻率低,慣性(gunxng)大，難制造.圖2-19-2 震膜式圖2-19-3 膜盒式共一百二十九頁 如圖2-18所示，在交變(jio bin)磁場的驅(qū)動下,電容器一個極板做周期性震動共一百二十九頁震動電容(dinrng)的實際接法如圖2-20，工作時等效于圖2-21VSrVSCRi圖 2-21去耦電阻R耦合電容勵磁線圈震動電容器VSr VSC圖 2-20共一百二十九頁.,sin.:,srSrsc0SCSrSCSCCVQVtVV 1RCViRVdtdCVdtdVCidtdQi可檢測再經(jīng)檢波放大中的交流分量將從而實現(xiàn)了調(diào)制有近似值時當whw+=+=Q共一百二十九

33、頁*上式推導過程(guchng)如下：共一百二十九頁共一百二十九頁共一百二十九頁共一百二十九頁共一百二十九頁（六). 比較法測電阻將已知標準電阻與試樣電阻進行比較(bjio) 1.電橋法: 基本原理方法：用一個電壓表,先測 U再測UX缺點：1）當RXRS時,(U- UX)很小, 測量困難，且測 不準. 2）電壓穩(wěn)定性難保證. 3）電壓表內(nèi)阻,電源(dinyun)內(nèi)阻將引起誤差.圖2-22 共一百二十九頁 改進方法(fngf)：當 G 中無電流時, m 與 n 等電位，有：圖2-23 共一百二十九頁改進后電路如圖優(yōu)點:1. 只用一個電源； 2. 不用直讀儀表，只需檢測 m , n 之間是否等電位

34、； 3.RX測量精度高，只與標準(biozhn) 電阻RS , R1 , R2有關； 4. 操作簡便：將(R2/R1) 作 倍率，RS 作讀數(shù)，則 RX=倍率讀數(shù)圖2-24 惠斯登電橋(din qio)電路原理圖共一百二十九頁 指示器靈敏度分析：如圖所示： 當電橋平衡(pnghng)時, Umn=0； 當電橋不平衡時，m，n 不等電位此時有圖2-24 惠斯登電橋(din qio)電路原理圖共一百二十九頁故減小Rx測試誤差的三種(sn zhn)途徑為：(1)提高指示器靈敏度（減小Umin）改用外接檢流計；(2)提高電壓源電壓U改用外接電源；(3)減小Rx/RB的比值。共一百二十九頁2.電流比較法

35、：在同一電壓作用下，通過比較流過試樣(sh yn)的電流和流過標準電阻的電流，來測得絕緣電阻的方法。RN為標準(biozhn)電阻，R為分流器，無需從電壓表讀取電壓值，電壓表只是用以監(jiān)視電壓有無變化。測試方法：1、先將S2打開，接入試樣測一次，讀下分流比n1和檢流計的偏轉(zhuǎn)1 。2、然后將S2閉合，將試樣短路，再測得n2、2。電壓恒定圖2-25Rx共一百二十九頁電流比較法的特點：不測電壓及檢流計常數(shù)K； 測量(cling)精度由RN 、n 、決定，可很高；缺點是需測兩次。共一百二十九頁(七)充電法測絕緣(juyun)電阻電壓U0，就可求得電容器上的電荷Q，此時Q的大小決定于通過試樣的電流Ix和充

36、電時間t(Qx=Ixt)；另一方面，由于測試回路上施加的電壓U是一定的，當C0上的電壓上升U0時，試樣上電壓必然要下降U0，而試樣本身也是一個電容器，其電容為Cx，因此要放出電荷CxU0，這部分電荷也充電于C0上但極性與Qx相反。充電法測量的原理是：讓通過試樣的泄漏電流對與試樣串聯(lián)的標準電容器C0充電，測出充電一定時間t后，C0兩端的圖2-26共一百二十九頁1、先閉合開S2后加電壓，經(jīng)過1min打開S2 ，開始計時間t。 2、開關S、標準電容器C0以及靜電計的絕緣電阻必須足夠 高，使得在t時間內(nèi)泄漏掉的電荷可以(ky)忽略不計，否則 也會使測得的電阻值偏大。圖2-26共一百二十九頁(八)自放電

37、法測電阻(dinz)除了高壓直流電源之外，只需絕緣(juyun)電阻很高的一個靜電電壓表和兩個開關。測量方法：1、先閉合S1、S2，對試樣充電，測得這時試樣兩端的電壓U1；2、將S1打開、S2閉合，并開始計時間，讓試樣通過它自身的電阻放電。經(jīng)過時間t之后，再閉合S2，測得這時試樣上的電壓U2。圖2-27共一百二十九頁共一百二十九頁（九）高阻測量的保護(boh)技術 當測量電阻值很高的時，線路中各元件及開關支架(zhji)造成的漏電流，以及外來感應電動勢和殘余極化電荷引起的附加電流等，都會給測量帶來很大的誤差，因此必須采用相應的措施來解決這一問題。1、漏電流的影響 當被測量電阻很高（例如介質(zhì)絕緣

38、電阻）時，由于線路中的元件、支架等的絕緣電阻不可能無限大，而這些雜散電阻又并聯(lián)在試樣的兩端，會造成很大的誤差。 先斷開被測試樣的接線，再接通電源，使儀表處于正常工作狀態(tài)，然后逐漸加大靈敏度直到測量所需的范圍。若指針沒有偏轉(zhuǎn)，則可認為漏電流的影響可以忽略不計。共一百二十九頁2.外來勢場的影響 在測量電阻時，由于網(wǎng)絡各臂的電阻都很高，微弱的感應電勢(dinsh)會造成很大的誤差，因此要給予充分的注意。 采用屏蔽技術消除外界感應電勢。3.極化電荷的影響 極化電荷的影響是電介質(zhì)測試技術中的一個特殊的問題，其產(chǎn)生的原因是，電場的作用促使在介質(zhì)與電極界面集聚極化電荷。當電場消失后，極化電荷不能立即消失，在

39、這種情況下繼續(xù)測量，就會產(chǎn)生很大的誤差。 測試前后均應將試樣兩電極短路，以便消除殘存的極化電荷。共一百二十九頁 課堂作業(yè)：惠斯登電橋電路原理如下圖所示，(1)試推導出電橋平衡時，待測電阻(dinz)Rx的計算公式；(2)當電橋不平衡即m、m不等電位時，試推導Rx的最大誤差； (3)U=1000V，RB=108 ，Rx=1012 ，惠斯登電橋當m、n不等電位時，電位差計的靈敏度為1mV，Rx的測試誤差。mURxRARNRBn共一百二十九頁四.低阻和超低阻的測量(一)四端電阻及雙臂電橋 四端電阻原理 在高阻，小電流測量中，因被測電阻很大，接線(ji xin)電阻/接觸電阻不影響測量準確度。但在低阻

40、、超低阻測量中，因為被測電阻很小，接線/接觸電阻將嚴重影響測試結(jié)果的準確性。 在測低阻時為了消除接線電阻，可采取以下措施： 需用盡量短的接線； 先測量接線電阻，再扣除； 注意電壓表的接線。Vba因為a,b段有壓降所以(suy)電壓表只能接到a點而不能接到b點.圖2-28共一百二十九頁UIR接電壓表接電流表輸入為了消除接觸電阻(dinz)，一般采用四端扭接法，構成四端電阻(dinz)器。105以下標準低電阻(dinz)常做成四端扭電阻(dinz)器。由于被測或標準電阻有四個端子，因此不能采用單臂電橋，而需采用雙臂電橋凱爾文電橋。雙臂電橋原理更低的電阻??？電橋法圖2-29圖2-30共一百二十九頁R

41、1RXRNR2IgC1 P1UbaR0圖2-31 凱爾文電橋P2 C2Rx、RN為四端(s dun)電阻C1P1間電阻，C1P1間電阻排除在橋體之外。P2P2之間有電阻R0，由于R0是一個與連接方式有關的不完全確定的變化量，因此(ync) b 直接接到P2、C2、P2、C2都不合適。此時 b 該接到何處？共一百二十九頁可見要實現(xiàn)此情況，在R0上并聯(lián)一個串聯(lián)電阻電路，并使R1/R2=R1/R2。將b接到R1-R2之間，如果電橋平衡，則Ig=0，表示 ab間電阻無限大或等電位(din wi)，無電流自端流入或流出。圖2-32 電路(dinl)改進RXRNR0P2 C2C2 P2IgR1R2bR0共

42、一百二十九頁 可見采取并入另一支路的辦法可解決四端(s dun)電阻的測試問題。共一百二十九頁上面的解也可以用將三角形連接轉(zhuǎn)化(zhunhu)為星形連接的方法解除，如圖示。R1R2bR0RXRNbRbRXRN圖2-33共一百二十九頁三角形連接(linji)轉(zhuǎn)化為星形連接(linji)的方法如圖示133213r12r23r13r1r2r3圖2-34共一百二十九頁共一百二十九頁在測低電阻尤其是超低電阻（1012107）時，由于R0的影響不能完全消除，因此在上述凱爾文雙電橋(din qio)的連接線中串入可調(diào)電阻構成三次平衡雙電橋(din qio)，如下圖所示：R5R6R3R4RxR0RNr6r3r

43、4y5y6y3y4K2K1r5圖2-35 三次(sn c)平衡雙電橋凱爾文電橋電路及使用方法共一百二十九頁(二)四探針法測電阻率測量半導體電阻率的重要(zhngyo)方法，也可用于單晶，多晶體材料。注入I12341.基本原理.一個場源的情況(qngkung)（電流從一點流入，從無窮遠處流出）在一半無窮球的平面上注入電流I(一個場源)，距離饋入點 r 處之電流密度為:圖2-36共一百二十九頁*共一百二十九頁 .兩個場源的情況（電流從一點流入，從另一點流出） 1).在半無窮球面上設4個小探針. 2).1處通入電流I-注入電流， 4處通入電流-I-流出電流 3).求2-3間電位差:按疊加原理，如有兩

44、個場源，則某處的電場強度(qingd)是兩個場源在該處產(chǎn)生的電位的疊加，如圖示。II1234I-I圖2-36共一百二十九頁由于電流從一點流入，從另一點流出，因此上式也適用(shyng)于非半無窮球的情況共一百二十九頁1234L1L2L3圖 2-371234圖 2-382.應用(yngyng)L共一百二十九頁3. 探針(tn zhn)法測量電阻率的實際電路如圖2-39所示。其中，探針用 鎢（鎳）；電壓測量用電位差計。電位差計圖2-39共一百二十九頁4.電位差計特點：不從被測電路吸收功率原理(yunl)：被測電壓(或電動勢)與已知標準電壓在一已知標準 電阻上產(chǎn)生之電壓達到平衡作測試基礎. 圖2-4

45、0中 ES 為標準電動勢;G 為檢流計; E0 為輔助電源.ESabVXGIRScRXR1E0R圖 2-40IK因此(ync)，由Rx值便可確定待測電壓Vx值共一百二十九頁 改進一下：如圖2-41，R作分壓器(可滑動,線性); VS為基準電壓; k為線性分壓器之分壓比. 當G=0時,VX=kVS設 VS=10V ; k=0.825 ; VX=8.25V，k用數(shù)字形式顯示，便構成了電位差計型的DVM(數(shù)字式電壓表).伺服控制式數(shù)字電壓表: 電路如圖2-42所示.放大器能感受并區(qū)別 V=VX-kVS，當V放大后推動電機M，M帶動(didng)滑動觸點a，向減小V的方向變化。VxGaRVSkVS圖

46、2-41伺服放大器MaVSVxkVx圖 2-42 伺服放大器示意圖.電位差計型數(shù)字式電壓表（DVM）共一百二十九頁（三）數(shù)字式電壓表digital voltmeter(DVM) 利用模/數(shù)變換電路(dinl)測直流電壓. 將電壓模擬量 (Analogue)變?yōu)閿?shù)字(digit).VX積分器閘門時鐘脈沖射極開關雙穩(wěn)標準電壓源VSAV=VX-VVR4VR1R2VXVXCR3計數(shù)脈沖圖2-43 數(shù)字式電壓表（Vf 變換(binhun)）原理框圖共一百二十九頁.積分器:如圖2-44所示.設輸入為矩形波,T為重復周期 RCT; t=0時,VSr由0跳變到+Vm ,電容兩端電壓不能跳變，而是緩慢充電 VS

47、C=VC=0 t=t1時 ,VC=VSr1-exp(-t/RC)由于=RCT，故充電很慢，t=0到t1時間內(nèi)，VC可看作直線(zhxin)。 t=t1時,VSr=0，相當于RC回路被短路，C通過R放電，VC按Vmexp(-t/RC)放電，仍可看作直線(也是=RCT)。下一個周期如此反復，這樣就把矩形波變成了三角波，如圖2-45和圖2-46所示。VC=VSCRCVSr圖 2-44 共一百二十九頁VSrVmtut1t2圖 2-45 方波VCVSCt2圖 2-46 三角波共一百二十九頁放大器積分器濾波器射極開關雙穩(wěn)閘門標準電壓源VS數(shù)字式頻率計被測直流電壓時鐘脈沖路徑R2以正極性加到積分器,合成為Vx,進行反相積分,使積分器輸出為0.(即與原正向斜坡電壓相抵)輸出一個面積精確的伏秒脈沖,幅度為VS確定,寬度由時鐘脈沖頻率控制.另一路輸出脈沖