交流阻抗電容計以及交流阻抗參數的測量方法

交流阻抗表[1]，也稱為LCR表[2]（電感[L]、電容[C]、電阻[R]），利用一個自動平衡電橋保持電容的檢測端交流假接地，從而測量復阻抗。這類電表通常的頻率范圍為1kHz到10MHz。


交流電源、交流伏特計、交流安培計
圖1.交流阻抗表
這類電表（如圖1所示）工作原理相對簡單。它通過在高電流輸出端（HCUR）施加一個交流電壓來測量交流阻抗[3]。通過低電流端（LCUR）測量流過器件的電流，通過高低電位端（HPOT和LPOT）測量器件上的電壓降。電壓和電流的測量采用了能夠精確判斷二者之間相位角的鎖相方式[4]。通過測量幅值和相位角，就可以計算出任意所需的交流阻抗參數。

其中： Z=阻抗 θ=相位角 R=電阻 X=電抗 Y=導納 G=電導 B=電納

Z、θ——阻抗與相位角
R+jX——電阻與電抗
Cp-Gp——并聯電容和電導
Cs-Rs——串聯電容和電阻
Cp-D——并聯電容和耗散因子
Cs-D——串聯電容和耗散因子
圖2.基本的交流阻抗參數

要得到基本交流阻抗參數就必須測量阻抗的幅值，在圖2中表示為“Z”。還需要測量電流和電壓之間的相位角，表示為θ。因此，在極坐標方式下，這一阻抗就是相角為θ的Z。但我們還可以從數學上將其轉化為直角坐標的形式，即表示為R+jX。其中R是實數部分，即同相阻抗矢量，jX是虛數部分，即相位阻抗矢量偏轉90°，它也是電容矢量。我們甚至可以從數學上將極坐標和直角坐標形式轉化為實際的電容和電阻值。
有兩種常用的交流阻抗模型：并聯模型和串聯模型。在并聯模型中，結果表示為并聯電容（Cp）和并聯電導（Gp）。在串聯模型中，結果表示為串聯電容（Cs）和串聯電阻（Rs）。耗散因子（D），即實阻抗與虛阻抗的比值，是從數學上推導出的另外一個常用參數。當測量晶圓上的電容時，我們通常要看耗散因子，因為它是判斷最終C-V測量質量的最佳指標。無論采用哪種交流阻抗模型，耗散因子都很容易計算出來。