标题:
如何利用7011-S卡测量电容
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作者:
Bazinga
时间:
2014-4-24 15:19
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如何利用7011-S卡测量电容
电容测量被用于验证电容器满足厂家的指数指标。在进行质量控制时，可能会将一组电容器置于一个环境舱中，并测量每个电容器的电容。多个开关将电容器连接至电容计。
在切换电容时，测试频率和寄生电容会产生影响。由于通常采用高频（kHz～MHz范围）测量电容，所以仔细选择开关卡来避免带宽限制引起的误差很重要。必须通过开路和短路校准，由LCR测量仪来修正开关和电缆引入到系统中的电容。所以，了解LCR测量仪是否能够进行必要的修正非常重要。
在图1中，Keithley 7011-S型1×10路选通卡将LCR测量仪连接到几个未知电容器（C1～C8）。对于任意电容器的测量，必须闭合4个继电器。4组开关的输出被连接到LCR测量仪的4个输入端子。
图1，利用7011-S卡测量电容。
7011-S能对多达10个电容器进行4线连接。然而，两组通道必须被用于进行开路和短路校准，所以，系统最多仅能测试8个电容器。在进行开路校准时，HI CURR和HI POT导线必须通过每组中的通道9连接在一起；LO CURR和LO POT测试线必须被连接在一起。在进行短路校准时，全部4根导线通过每组中的通道10连接在一起。
连接到未知电容器的4根同轴电缆的屏蔽被彼此连接在一起。为了获得最佳准确度，应该在靠近电容器处进行连接。为简单起见，在图1中未绘制屏蔽。由于7011-S型卡上的空间限制，必须使用小型同轴电缆。所有通道的同轴电缆长度应该大致相同。
对于7011-S型卡，测试频率可高达100 kHz.该卡可切换的最小未知电容大约为10pF。除受开关卡最大电流额定值的限制外，没有最大电容限制。
图中所示的系统可通过更多的7011-S开关卡方便地进行扩展。扫描仪主机的背板可连接每个开的相应开关组。从所有开上拆下“背对背”跳线即可。当通过增加开关卡扩展系统时，最大允许测试频率将下降。在这类应用中不建议使用7011-C型开关卡，其接线头连接器引起的耦合会产生不可接受的误差。
若要在1 MHz或更高频率下测量电容器，使用RF开关卡就非常关键，例如7711型2 GHz 50Ω射频模块。7711型模块由两组1×4多路选通开关组成。如图2所示，两块7711型模块提供了4端连接，可连接一个4端电容桥，测试最多2个电容器。一个模块切换电容桥的HI端子，而第二个模块切换LO端子。
图2，利用两块7711型模块进行高频电容测量。
每组开关的第二个通道被连接到一个跳线，以便进行短路校准。当没有通道被选中时，每组开关的第一个通道（常闭）被连接到一个输出端口。如图所示，通过将同轴电缆连接之所有的4个输出端口，则可进行开路校准。此外，要注意这些电缆应该与其它通道的电缆长度相同。
为了扩展系统至可测试更多的电容器，就需要更多的开关模块。由于每组开关的两路输入需被连接到另一个模块的输出，所以就可以用1×8多路选通开关代替1×4多路选通开关。该系统共有6块7711型模块，可测试最多6个电容器。相似地，通过将两个模块连接为1×12多路选通开关，用总共8个模块即可测试最多10个电容器。
图3所示的系统可测量电容器的电容和漏流。在该图中，请留意皮安计pA和LCR测量仪分别通过通道9和通道10连接到被测电容器的。7011-S开关卡上的输出端口没有连接。然而，输出端口可用于增加更多的开关卡，增大总被测电容数量。
为了测量C1的漏流，必须首先闭合B组和C组的通道1和通道9，极化电容器。这将通过限流电阻R2将电压源连接到电容器。经过相应的“保压”时间后，闭合通道1/A组和通道9/A组，将皮安计连接到电容器，然后开路通道9/B组，以避免短路皮安计。一旦测得了漏流，在对电容器放电时，应该首先开路通道9/A组和通道9/C组。然后闭合B组和D组上的通道9，这将在电容器C1两端连接上电阻器R3。
注：开关卡上的所有“背对背”跳线必须全部拆除。为简洁起见，省略了开路和短路通道。
图3，利用一块7011-S卡测量电容和漏流。
二极管和电阻器R1与皮安计的输入串联，其有两个功能：第一，电阻在电容发生短路时起到限流的作用；第二，在测量1nF或更大的电容器时，二极管将皮安计的噪声降至最低。该二极管是感光性的，因此应与R1一起被安装在一个不透光的静电屏蔽套内。
C1的电容值测量可首先开路B和D组开关的通道9，然后闭合A～D组的通道10.这样将把LCR桥连接至电容器C1。在连接LCR桥之前，请确保所有的电容器均被放电。
该系统的成本相对较低，然而，存在几项性能方面的限制：
最大测试电压为110 VDC。能够以相当的准确度测量1 nA的漏流，因此可验证100V/1nA或100 GΩ的电容漏阻。
LCR桥的测试频率不宜高于100 kHz。
被测最小电容大约为10pF。
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