數字電橋

數字電橋就是能夠測量電感，電容，電阻，阻抗的儀器，這是一個傳統習慣的說法，最早的阻抗測量用的是真正的電橋方法，隨著現代模擬和數位技術的發展，早已經淘汰了這種測量方法，但LCR電橋的叫法一直沿用至今。如果是使用了微處理器的LCR電橋則叫LCR數字電橋。一般用戶又稱這些為：LCR測試儀、LCR電橋、LCR表、LCR Meter等等。

基本介紹

• 中文名：數字電橋
• 外文名：digital bridge
• 作用：測量電感，電容，電阻，阻抗
• 別稱：：LCR測試儀、LCR電橋

定義

L：電感（為了紀念物理學家Heinrich Lenz），C：電容(Capacitor)，R：電阻(Resistance)，數字電橋就是能夠測量電感，電容，電阻，阻抗的儀器，這是一個傳統習慣的說法，最早的阻抗測量用的是真正的電橋方法，如下圖：

隨著現代模擬和數位技術的發展，早已經淘汰了這種測量方法，但LCR電橋的叫法一直沿用至今。如果是使用了微處理器的LCR電橋則叫LCR數字電橋。一般用戶又稱這些為：LCR測試儀、LCR電橋、LCR表、LCR Meter等等。

歷史

數字電橋(卷名：電工)

digital bridge

採用數位技術測量阻抗參數的電橋。數位技術是將傳統的模擬量轉換為數字量，再進行數字運算、傳遞和處理等。

1972年，國際上首次出現帶微處理器的數字電容電橋，它將模擬電路、數字電路與計算機技術結合在一起，為阻抗測量儀器開闢了一條新路。

原理

數字電橋的測量對象為阻抗元件的參數，包括交流電阻R、電感L及其品質因數Q，電容C及其損耗因數D。因此，又常稱數字電橋為數字式LCR測量儀。其測量用頻率自工頻到約100千赫。基本測量誤差為0.02%，一般均在0.1%左右。

數字電橋原理如圖所示。圖中DUT為被測件，其阻抗用Zx表示，Rr為標準電阻器。切換開關可分別測出兩者的電壓Ux與Ur，於是有下式：

平衡式電橋測試原理

Zx = Ux/Ix = Rr * Ux/Ur

此式為一相量關係式。如使用相敏檢波器(PSD)分別測出Ux和Ur對應於某一參考相量的同相量分量和正交分量，然後經模數轉換(A/D)器將其轉化為數字量，再由計算機進行複數運算，即可得到組成被測阻抗Zx的電阻值與電抗值。

從圖中的線路及工作原理可見，數字電橋只是繼承了電橋傳統的稱呼。實際上它已失去傳統經典交流電橋的組成形式，而是在更高的水平上回到以歐姆定律為基礎的測量阻抗的電流表、電壓表的線路和原理中。

數字電橋可用於計量測試部門對阻抗量具的檢定與傳遞，以及在一般部門中對阻抗元件的常規測量。很多數字電橋帶有標準接口，可根據被測值的準確度對被測元件進行自動分檔；也可直接連線到自動測試系統，用於元件生產線上對產品自動檢驗，以實現生產過程的質量控制。80年代中期，通用的誤差低於0.1%的數字電橋有幾十種。數字電橋正向著更高準確度、更多功能、高速、集成化以及智慧型化程度方面發展。

性能特點

廣泛的測量對象

半導體元件：電容器、電感器、磁芯、電阻器、變壓器、晶片組件和網路元件等的阻抗參數測量。

其它元件：印製電路板、繼電器、開關、電纜、電池等的阻抗評估。

介質材料：塑膠、陶瓷和其它材料的介電常數的損耗角評估。

磁性材料：鐵氧體、非晶體和其它磁性材料的導磁率和損耗角評估。

半導體材料：半導體材料的介電常數,導電率和C-V特性。

液晶材料：液晶單元的介電子常數、彈性常數等C-V特性。

多種元件、材料特性測量能力

多參數混合顯示功能

多參數同時顯示可滿足複雜元件各種分布參數的全面觀察與評估要求，而不必反覆切換測量參數。

電感L和其直流電阻DCR可以同時測量顯示，顯著提高電感測量效率。

揭示電感器件的多種特性

使用內部/外部直流偏置，結合各種掃描測試功能，可以精確地分析磁性材料、電感器件的性能。

通過偏置電流疊加測試功能，可以精確測量高頻電感器件、通訊變壓器，濾波器的小電流疊加性能。使用外部電流疊加裝置，可使偏置電流達40A以精確分析高功率、大電流電感器件。

精確的陶瓷電容測量

1kHz和1MHz是陶瓷材料和電容器的主要測試頻率。陶瓷電容器具有低損耗值的特徵，同時其容量、損耗施加之交流信號會產生明顯的變化。

儀器具有寬頻測試能力並可提供良好的準確度，六位解析度和自動電平控制（ALC）功能等，中以滿足陶瓷材料和電容器可靠、準確的測試需要。

液晶單元的電容特性測量

電容－電壓（C－Vac)特性是評價液晶材料性能的主要方法，常規儀器測量液晶單元的C－Vac特性遇到一個問題是最大測試電壓不夠。

使用擴展測量選件可提供解析度為1%及最高達20Vms的可程式測試信號電平，使它能在最佳條件下進行液晶材料的電容特性測量。

半導體材料和元件的測量

進行MOS型半導體製造工藝評價時，需要氧化層電容和襯底雜質密度這些參數，這些可從C－Vdc特性的測量結果推導出來。

通過提供的直流源，結合各種掃描功能，可以方便地完成C-VDC特性的測量。

為了測試晶圓上的半導體器件，需要延伸電纜和探頭，儀器的1m/2m/4m延伸電纜選件可將電纜延伸的誤差降至最小。

各種二極體、三極體、MOS管的分布電容也是本儀器的測試內容。

使用方法

1． 加電

首先將電源線帶IEC一端接到電橋左後方的IEC插座上，另一端插入合適的電源插座上，搬動電橋左後方的船形開關，即使電橋通電。通電後，顯示器、量程及功能指示器隨之變亮。電橋可自動置於電感、電容測量檔，並聯等效及1KHz頻率狀態。正常情況下，內部電路加電幾秒鐘後即能穩定，便可進行測量。

2．被測元件的接入方法

⑴通常徑向引線的元件可直接插入組合測試夾夾板內，而接入特殊柔性引線的元件時，應藉助夾板離合器進行，該離合裝置位於測試夾的正下方。

⑵接入軸向引線元件時，為避免扭折引線，可採用軸向轉接頭，先把這兩個配件分別插入測試夾的兩端，再將其間距調正到適合元件測量的位置，然後便將軸向引線元件插入兩端的配件夾內。

⑶在軸向轉接頭必需相當牢固定的場合，如在測量大量的同類元件時，需採用支撐板。

安裝支撐板：首先把軸向轉接頭調整到適當的位置上，然後將支撐板懸置於軸向轉接頭上方，讓每個軸向轉接頭穿過支撐板上的槽縫，放好支撐板，將固定螺釘對準電橋面板上的螺孔，最後上緊螺釘。注意：安裝時不易將螺釘擰得過緊。

注意：本電橋雖能夠對充電電容接入測試進行防護，但最好應將充電電容經適當電阻放電後才進行測量。

3．使用中注意讀數及測量條件顯示

⑴儀器的6位顯示不一定全部是有效顯示，在某些測量中測量數據的未尾值可能跳動較大，應捨去這些跳動數值，讀取其穩定值。

(2)一般使用自動量程進行測量，以保證選擇到正確的量程，操作到手動方式可以觀察實際工作量程。套用於同批同種測量元件的批量測試時，可以選擇量程鎖定模式工作。

(3)串－－並聯指示

雖然電橋具有顯示串聯或並聯等效值的選擇性，但在不利的Q值情況下，用上述兩種方式均不可能獲得基本準確度。當需要改動某一顯示方式以便提高基本準確度時，電橋通過下標s表示串聯，下標p表示並聯。

(4)頻率提示

200μF～2000μF的電容，200H～2000H的電感，測量頻率在100Hz只能獲得基本準確度。同樣，200pF～2nF的電容和200μH～2mH的電感，只有在1KHz測量頻率上才能獲得基本準確度，因此獲得最佳測試性能，應選擇最合適的測試頻率。

(5)測試電平顯示

高K陶瓷電容或高導磁磁性電感器等，對測試信號電平的大小較為敏感，不同的測試電平會產生相異的測量結果。同時，測試電平越低，測量穩定性越差。

4． 建議採用的測量條件參考表

表 測量條件參考

元件名稱 測量頻率 串－－並聯

電容<1μF 1KHz 並聯

電容≥1μF(非電解電容) 100Hz 並聯

電容≥1μF（電解電容） 100Hz 串聯（SER）

電感<1H 1KHz 串聯（SER）

電感≥1H 100Hz 串聯（SHR）

電阻<10KΩ 100Hz 串聯（SHR）

電阻≥10KΩ 100Hz 並聯

當電橋在100Hz和1KHz頻率上，能同時提供串聯和並聯等效元件值時建議：一定型號和數值的元件應採用一定的方式進行測量。這樣做是為了獲得既最適合於元件的結構形式，又最適合於元件常用的工作方式的測量。如大容量的電解電容器，常作為電源波濾元件，測量時會發現，1KHZ頻率上的電容值明顯低於100Hz頻率上的電容值。這種現象是由於這類元件的幾何結構有關諸因素所構成。因此，電解電容在100Hz頻率上測量的電容值是最有用的，電解電容的損耗項通常在串聯等效電阻（ESR）上顯示，因此，應該測量其串聯電容和串聯電阻值。