低阻測量提供了識別隨時(shí)間變化的電阻要素的好辦法。通常，這類測量用于評估器件或材料是否因環(huán)境因素（如熱量、疲勞、腐蝕、振動(dòng)等）而降級。對于許多應(yīng)用而言，這些測量通常低于10Ω。阻值的變化往往是兩個(gè)觸點(diǎn)之間發(fā)生某種形式降級的最好指示。為了評估高功率電阻器、斷路器、開關(guān)、母線、電纜、連接器及其他電阻元件，通常使用大電流進(jìn)行低阻測量。

大多數(shù)數(shù)字多用表(DMM)不具備通過大電流進(jìn)行低阻測量的能力?？赏ㄟ^數(shù)字多用表(DMM)與電源一起進(jìn)行測量，但為了實(shí)現(xiàn)測量過程自動(dòng)化，這些儀器首先必須集成于系統(tǒng)，然后必須人工計(jì)算電阻。

利用源測量單元（SMU）儀器或數(shù)字源表儀器，可以簡化大電流激勵(lì)的低阻測量。數(shù)字源表儀器能夠源和測量電流和電壓。吉時(shí)利源表2460型大電流數(shù)字源表源測量單元（SMU）儀器具有拉/灌大電流并測量電壓和電流的靈活性，使之成為測量低阻器件（需要高達(dá)7A激勵(lì)電流）的完美解決方案。2460型儀器可以自動(dòng)計(jì)算電阻，因此無需人工計(jì)算。其遠(yuǎn)程檢測和偏移補(bǔ)償?shù)葍?nèi)建特性有助于優(yōu)化低阻測量。2460型儀器分辨率小于1mΩ。

通過吉時(shí)利源表2460型儀器前面板或后面板端子，均可進(jìn)行低阻測量，如圖1和圖2所示。注意，可以分別使用前面板端子或后面板端子，但不能交叉連接混合。

當(dāng)引線與待測器件(DUT)連接時(shí)，注意FORCE LO與SENSE LO與DUT待測器件(DUT)引線一端相連，F(xiàn)ORCE HI與SENSE HI與DUT待測器件(DUT)引線另一端相連。檢測。連接應(yīng)當(dāng)盡量靠近待測電阻。這個(gè)4線測量消除了測試引線電阻對測量的影響。

圖1給出前面板連接，可以通過額定電流最大值為7A的4根絕緣香蕉電纜進(jìn)行連接，如兩組吉時(shí)利8608型高性能鱷魚夾測試線組。

圖1 進(jìn)行低阻測量時(shí)2460型儀器前面板連接圖

圖2給出后面板連接，可以通過2460-KIT型螺絲端子連接器套件(2460型儀器包括該套件)或2460-BAN型香蕉測試引線/適配器電纜進(jìn)行連接。

圖2 進(jìn)行低阻測量時(shí)2460型儀器后面板連接

常見的低電阻測量誤差源

低電阻測量的誤差源有很多種，包括引線電阻、非歐姆接觸以及器件加熱。

引線電阻   

如圖3所示，所有測試引線都具有一定的電阻，某些引線電阻高達(dá)數(shù)百毫歐。如果引線電阻足夠高，可能導(dǎo)致不正確的測量。

熱電電壓

當(dāng)電路的不同部分處在不同的溫度之下，或者當(dāng)不同材料的導(dǎo)體互相接觸時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢或熱電電壓。實(shí)驗(yàn)室溫度波動(dòng)或敏感電路附近的氣流可能引起測試電路溫度梯度變化，可能產(chǎn)生幾微伏的熱電電壓。

非歐姆接觸

當(dāng)接點(diǎn)兩端的電位差與流過接點(diǎn)的電流不是線性比例關(guān)系的情況下，出現(xiàn)非歐姆接觸。非歐姆接觸可能發(fā)生在由氧化膜形成的低壓電路或其它非線性連接中。為了避免非歐姆接觸現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)選用適當(dāng)?shù)慕狱c(diǎn)材料，如銦或金。要確保輸入端鉗位電壓足夠的高，以避免由于源接點(diǎn)的非線性而產(chǎn)生的問題。為了減少因伏特計(jì)非歐姆接觸帶來的誤差，采用屏蔽和適當(dāng)?shù)慕拥卮胧?，以降低交流干擾。

器件加熱

進(jìn)行低電阻測量時(shí)所使用的電流常常要比進(jìn)行高電阻測量時(shí)所使用的電流大得多。如果測試電流足夠高，而使器件的電阻值發(fā)生變化時(shí)，就要考慮器件的功率耗散問題。電阻器的功率耗散由下式?jīng)Q定：

P = I2R.

從這個(gè)關(guān)系式可以看出，當(dāng)電流增加一倍時(shí)，器件的功率耗散會(huì)增加到4倍。因此，把器件加熱效應(yīng)降至最低的一個(gè)辦法是，在保持待測器件（DUT）兩端期望電壓的同時(shí)，盡可能使用最低的電流。如果電流電平不能降低，可以考慮使用窄電流脈沖而非直流信號。

怎樣成功實(shí)施低阻、大電流測量

引線電阻和4線（開爾文）方法   

電阻的測量常常使用圖3所示的兩線方法來進(jìn)行。我們迫使測試電流流過測試引線和被測電阻（R）。然后儀表通過同一套測試引線來測量電阻兩端的電壓，并計(jì)算出相應(yīng)的電阻數(shù)值。

圖3 利用源測量單元（SMU）儀器進(jìn)行2線電阻測量

兩線測量方法用于低阻測量時(shí)的主要問題是測量結(jié)果中增加了引線的總電阻（RLEAD）。由于測試電流（I）在引線電阻上產(chǎn)生了一個(gè)小的、但是很重要的電壓降，所以儀表測量的電壓（VM）就不會(huì)和被測電阻（R）上的電壓完全相同，于是產(chǎn)生了相當(dāng)?shù)恼`差。典型的引線電阻在1mΩ～10mΩ范圍內(nèi)，所以當(dāng)被測電阻小于10Ω～100Ω時(shí)，就很難用兩線測量方法來獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果（取決于引線電阻的數(shù)值）。   

由于兩線方法的局限性，所以對低阻測量來說，人們一般都喜歡采用如圖4所示的四線連接方法（開爾文法）。在這種配置下，迫使測試電流（I）經(jīng)過一套測試引線流過被測電阻（R）；而待測器件（DUT）兩端電壓則是通過稱為檢測引線的第二套引線來測量的。雖然在檢測引線中有小的電流流過，但是這些電流在所有實(shí)際測量工作中都是可以忽略的。

圖4 利用源測量單元（SMU）儀器進(jìn)行4線電阻測量

由于檢測引線電壓降可以忽略不計(jì)，所以儀表測量出的電壓（VM）和電阻（R）上的電壓實(shí)際上是相同的。這樣，就能以比兩線方法高得多的準(zhǔn)確度來確定電阻的數(shù)值。注意，應(yīng)當(dāng)把電壓取樣引線連到盡可能接近被測電阻的地方，以避免在測量中計(jì)入測試引線的電阻。

 ?熱電電壓(熱電動(dòng)勢)和偏置補(bǔ)償歐姆法

偏置補(bǔ)償歐姆法是實(shí)現(xiàn)熱電動(dòng)勢最小化的一種技術(shù)。如圖5a所示，只在測量周期的一部分時(shí)間里將源電流加到被測電阻上。當(dāng)源電流接通時(shí)，儀器測量出的總電壓包括電阻器上的電壓降和熱電動(dòng)勢（圖5b）。在測量周期的后一半時(shí)間內(nèi)，將源電流關(guān)閉。這時(shí)儀表測量出的總電壓就只是電路中出現(xiàn)的熱電動(dòng)勢（圖5c）。如果在測量周期的后一半時(shí)間內(nèi)，能夠?qū)EMF準(zhǔn)確地測出，就可以從測量周期前一半所測量出的電壓中將其減去，這樣偏置補(bǔ)償電壓測量結(jié)果就成為:

VM = VM1 – VM2

VM = (VEMF + IR) – VEM

FVM = IR

于是，

R = VM / I

同樣，我們注意到，該測量過程消除了熱電動(dòng)勢項(xiàng)（VEMF）。儀器局限性

即使像源測量單元（SMU）儀器這種可提供高達(dá)7A直流電流的儀器在總輸出功率方面也具有局限性，這可能影響測量得到的電阻阻值。這個(gè)局限性源自設(shè)備設(shè)計(jì)，而且通常取決于設(shè)計(jì)參數(shù)，如儀器內(nèi)部電源的最大輸出、設(shè)備中使用分立器件的安全工作區(qū)、儀器內(nèi)部電路板上的金屬線間隔等。有些設(shè)計(jì)參數(shù)受到最大電流極限的限制，有些設(shè)計(jì)參數(shù)受到最大電壓極限的限制，還有一些設(shè)計(jì)參數(shù)受到最大功率極限(I×V)的限制。

圖6給出2460型儀器在不同工作點(diǎn)的最大直流電流和最大功率。例如，源測量單元（SMU）功率包絡(luò)最大電流為7A(圖中的A點(diǎn))，最大電壓為100V(D點(diǎn))。源測量單元（SMU）可以輸出地最大功率是100W，在D點(diǎn)時(shí)達(dá)到該功率 (1A×100V)。在A點(diǎn)，其功率低于49W。

圖5 偏置補(bǔ)償歐姆方法

圖6 2460型大電流源測量單元（SMU）儀器功率包絡(luò)

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