如何利用7011-S卡測量電容

電容測量被用于驗證電容器滿足廠家的指數(shù)指標。在進行質量控制時，可能會將一組電容器置于一個環(huán)境艙中，并測量每個電容器的電容。多個開關將電容器連接至電容計。

在切換電容時，測試頻率和寄生電容會產(chǎn)生影響。由于通常采用高頻(kHz～MHz范圍)測量電容，所以仔細選擇開關卡來避免帶寬限制引起的誤差很重要。必須通過開路和短路校準，由LCR測量儀來修正開關和電纜引入到系統(tǒng)中的電容。所以，了解LCR測量儀是否能夠進行必要的修正非常重要。

在圖1中，Keithley 7011-S型1×10路選通卡將LCR測量儀連接到幾個未知電容器(C1～C8)。對于任意電容器的測量，必須閉合4個繼電器。4組開關的輸出被連接到LCR測量儀的4個輸入端子。

圖1，利用7011-S卡測量電容。

7011-S能對多達10個電容器進行4線連接。然而，兩組通道必須被用于進行開路和短路校準，所以，系統(tǒng)最多僅能測試8個電容器。在進行開路校準時，HI CURR和HI POT導線必須通過每組中的通道9連接在一起;LO CURR和LO POT測試線必須被連接在一起。在進行短路校準時，全部4根導線通過每組中的通道10連接在一起。

連接到未知電容器的4根同軸電纜的屏蔽被彼此連接在一起。為了獲得最佳準確度，應該在靠近電容器處進行連接。為簡單起見，在圖1中未繪制屏蔽。由于7011-S型卡上的空間限制，必須使用小型同軸電纜。所有通道的同軸電纜長度應該大致相同。

對于7011-S型卡，測試頻率可高達100 kHz.該卡可切換的最小未知電容大約為10pF。除受開關卡最大電流額定值的限制外，沒有最大電容限制。

圖中所示的系統(tǒng)可通過更多的7011-S開關卡方便地進行擴展。掃描儀主機的背板可連接每個開的相應開關組。從所有開上拆下“背對背”跳線即可。當通過增加開關卡擴展系統(tǒng)時，最大允許測試頻率將下降。在這類應用中不建議使用7011-C型開關卡，其接線頭連接器引起的耦合會產(chǎn)生不可接受的誤差。

若要在1 MHz或更高頻率下測量電容器，使用RF開關卡就非常關鍵，例如7711型2 GHz 50Ω射頻模塊。7711型模塊由兩組1×4多路選通開關組成。如圖2所示，兩塊7711型模塊提供了4端連接，可連接一個4端電容橋，測試最多2個電容器。一個模塊切換電容橋的HI端子，而第二個模塊切換LO端子。

圖2，利用兩塊7711型模塊進行高頻電容測量。

每組開關的第二個通道被連接到一個跳線，以便進行短路校準。當沒有通道被選中時，每組開關的第一個通道(常閉)被連接到一個輸出端口。如圖所示，通過將同軸電纜連接之所有的4個輸出端口，則可進行開路校準。此外，要注意這些電纜應該與其它通道的電纜長度相同。

為了擴展系統(tǒng)至可測試更多的電容器，就需要更多的開關模塊。由于每組開關的兩路輸入需被連接到另一個模塊的輸出，所以就可以用1×8多路選通開關代替1×4多路選通開關。該系統(tǒng)共有6塊7711型模塊，可測試最多6個電容器。相似地，通過將兩個模塊連接為1×12多路選通開關，用總共8個模塊即可測試最多10個電容器。

圖3所示的系統(tǒng)可測量電容器的電容和漏流。在該圖中，請留意皮安計pA和LCR測量儀分別通過通道9和通道10連接到被測電容器的。7011-S開關卡上的輸出端口沒有連接。然而，輸出端口可用于增加更多的開關卡，增大總被測電容數(shù)量。

為了測量C1的漏流，必須首先閉合B組和C組的通道1和通道9，極化電容器。這將通過限流電阻R2將電壓源連接到電容器。經(jīng)過相應的“保壓”時間后，閉合通道1/A組和通道9/A組，將皮安計連接到電容器，然后開路通道9/B組，以避免短路皮安計。一旦測得了漏流，在對電容器放電時，應該首先開路通道9/A組和通道9/C組。然后閉合B組和D組上的通道9，這將在電容器C1兩端連接上電阻器R3。

注：開關卡上的所有“背對背”跳線必須全部拆除。為簡潔起見，省略了開路和短路通道。

圖3，利用一塊7011-S卡測量電容和漏流。

二極管和電阻器R1與皮安計的輸入串聯(lián)，其有兩個功能：第一，電阻在電容發(fā)生短路時起到限流的作用;第二，在測量1nF或更大的電容器時，二極管將皮安計的噪聲降至最低。該二極管是感光性的，因此應與R1一起被安裝在一個不透光的靜電屏蔽套內(nèi)。

C1的電容值測量可首先開路B和D組開關的通道9，然后閉合A～D組的通道10.這樣將把LCR橋連接至電容器C1。在連接LCR橋之前，請確保所有的電容器均被放電。

該系統(tǒng)的成本相對較低，然而，存在幾項性能方面的限制：

最大測試電壓為110 VDC。能夠以相當?shù)臏蚀_度測量1 nA的漏流，因此可驗證100V/1nA或100 GΩ的電容漏阻。

LCR橋的測試頻率不宜高于100 kHz。

被測最小電容大約為10pF。