使用靜電計進(jìn)行微弱電流測量

　　
　　像數(shù)字萬用表（DMM）一樣 ，吉時利靜電計是用于測量電荷、電流、電壓和電阻的儀器。然而，靜電計具備10Fc的電荷測量分辨率，100 aA的電流分辨率，以及高達(dá)200TΩ的阻抗測量能力，超越了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字萬用表。靜電計用于需要極端靈敏度或者需要多種類型的靈敏電子線路測量的場合。
　　
　　使用吉時利靜電計進(jìn)行簡化的材料高阻值測量
　　
　　高阻測量
　　
　　電阻最常見的測量手段是數(shù)字萬用表，它的測量范圍高達(dá)約200 MΩ。然而，在某些情況下，必須精確測量千兆歐和更高范圍的電阻。這些情況包括諸如以下的一些應(yīng)用：表征高兆歐和吉歐級電阻、確定絕緣體的電阻率和測量印刷電路板的絕緣電阻。這些測量可借助靜電計實現(xiàn)，它可以同時測量非常低的電流和高阻抗電壓。
　　
　　常見的高阻測量
　　
　　■絕緣電阻——絕緣電阻是施加在兩電極之間的直流電壓與電極之間總電流的比值。絕緣電阻測量的例子包括測量在印刷電路板上的走線之間的漏電流，或者一個多芯電纜的導(dǎo)體之間的電阻。
　　
　　■體電阻率測量——體電阻率是指穿過1cm3的絕緣材料的電阻，并表示為歐姆-厘米，Ω•cm）。
　　
　　■表面電阻率測量——表面電阻率是絕緣材料的表面上兩個電極之間的電阻，并且以歐姆為單位表示（通常為了清晰表述，單位采用歐姆每方塊，即Ω•□）。
　　
　　使用吉時利靜電計來簡化電容漏電流測量
　　
　　電容漏電流測量
　　
　　電容器在電子產(chǎn)品的各個領(lǐng)域都有著非常重要的應(yīng)用。從定時電路到采樣和保持應(yīng)用，我們都依賴于電容以一個幾近完美的方式運(yùn)行。然而，在許多情況下，復(fù)雜的電化學(xué)相互作用導(dǎo)致電容無法達(dá)到完美。其中一個不太理想的特性便是漏電流，或者說絕緣電阻（IR）。
　　
　　電容漏電流可以用絕緣電阻來表征，單位是兆歐-微法（MΩ•μF），由電阻值除以電容值來計算，或者表示為一個特定電壓下的漏電流。6517B型靜電計對此應(yīng)用特別有用，因為它可以顯示電阻或漏電流，并且輸出高達(dá)1000V直流電壓激勵。
　　
　　電容器的漏電是通過向待測電容施加一個固定電壓并測量產(chǎn)生的電流來實現(xiàn)的。漏電流將隨時間呈指數(shù)衰減，因此在測量電流之前，施加電壓必須達(dá)到一個已知的時間周期（“保壓”時間，“soak” time）。如果電路中包含一個正向偏置的二極管（D），測量性能將得到改進(jìn)，如下圖所示。該二極管的作用就像是一個可變電阻，電容器的充電電流很高時其電阻變低，之后當(dāng)電流隨時間減小時，電阻值增高。串聯(lián)電阻阻值可以大大減小，因為它只需在電容器被短路時防止電壓源過載和二極管受到損壞。
　　

　　出于統(tǒng)計的需要，可以經(jīng)常通過測試一定數(shù)量的電容器來生成有用的數(shù)據(jù)。顯然，手動執(zhí)行這些測試是不切實際的，因此就需要一套自動測試系統(tǒng)。下圖示出這樣一個系統(tǒng)，它采用一個6517B型靜電計/高阻計和安裝在開關(guān)主機(jī)中的開關(guān)板卡。6517B型靜電計對此應(yīng)用特別有用，因為它可以顯示電阻或漏電流，并且輸出電壓高達(dá)1000V的直流激勵。
　　


　　使用吉時利靜電計進(jìn)行簡化的絕緣電阻測量
　　
　　高阻測量
　　
　　電阻最常見的測試儀器是數(shù)字萬用表，它的測量范圍高達(dá)約200 MΩ。然而，在某些情況下，必須準(zhǔn)確測量千兆歐和更高范圍的電阻。這些情況包括諸如此類的一些應(yīng)用：表征高兆歐級電阻、確定絕緣體的電阻率和測量印刷電路板的絕緣電阻。這些測量通過使用靜電計來實現(xiàn)，它可以同時測量非常微弱的電流和高阻抗電壓。
　　
　　常見的絕緣漏電測量
　　
　　■連接器的絕緣電阻——考慮到當(dāng)今日益縮小的電路幾何尺寸和更高頻率的電子信號，隔離性能是可靠性和串?dāng)_方面的一個重要考慮因素。隔離性能通常是通過將電壓施加到連接器的兩個引腳之間，并測量相應(yīng)流過它們之間的電流來測得。測出的電阻和預(yù)定的閾值進(jìn)行比較。如果電阻水平太低，該連接器將被丟棄。圖7示出一個連接器的等效電路，隔離電阻記為Riso。當(dāng)測試阻值非常的器件時，測得的電阻可能會隨著所施加的電壓的變化而出現(xiàn)顯著變化，這一效應(yīng)以電阻電壓系數(shù)表征。
　　


　　■ PCB表面絕緣電阻——印刷電路板（PCB）的低表面絕緣電阻（SIR）會大大降低板上電路的性能。影響電路板的表面絕緣電阻的因素包括電路板使用的材料，焊料掩蔽層或保形涂料等涂層的存在、電路板清潔度，以及相對濕度。測量到的絕緣電阻通常為107Ω至1016Ω之間。圖6顯示了一個用于測量PCB表面電阻的測試設(shè)置。

　　
　　吉時利靜電計功能特色
　　
　　類似DMM的操作
　　
　　6514型和6517B型靜電計的特色在于通過前面板輕松地進(jìn)行類似DMM的操作，單個按鈕即可控制重要功能，例如電阻測量。它們也可以通過一個內(nèi)置的IEEE-488接口控制，這使得人們可以借助一個計算機(jī)控制器通過總線對所有功能進(jìn)行編程控制。
　　
　　然而，不同于數(shù)字萬用表的是，靜電計擁有較低的偏置電流和輸入負(fù)擔(dān)。6514型或6517B型的的輸入偏置電流均< 3 fA。通常情況下，數(shù)字萬用表的偏置電流是幾十或幾百皮安。相比之下，這嚴(yán)重限制了它們的微弱電流測量能力。
　　
　　掃描卡（ 6517B ）
　　
　　可以提供兩種掃描卡，用于簡化多路信號的掃描,例如電容器或其他電路生產(chǎn)中的測試。每一個掃描卡都可以很輕松地地插入儀器背面面板的備選插槽。6521型掃描卡可提供10通道的微弱電流掃描。6522型掃描卡提供了具有高阻抗電壓開關(guān)或微弱電流開關(guān)能力的10條通道。
　　


　　交變極性法測電阻/電阻率 (6517B)
　　
　　6517B型采用交變極性法測量阻抗/電阻率，這幾乎消除了樣品中的任何背景電流的影響。背景電流的一階和二階漂移也被對消了。交替改變所施加的電壓的極性，通常實現(xiàn)一個高度可重復(fù)的、精確的電阻（或電阻率）測量。