![]() |
![]() |
|
![]() |
![]() |
Поиск по сайту
Авторизация
Подписка на рассылку
|
Измерение резистивности и проводимости![]() Измерение резистивности (сопротивления) обычно обеспечивается различными способами, например мостовыми или просто путем измерения напряжения, падающего на резисторе при пропускании через него высокостабильного тока I0. При этом R=U/I0. Этот метод чаще всего применяется в современных цифровых измерительных приборах, поскольку, в отличие от мостовых методов, не требует настройки измерительной цепи и дает линейную зависимость показаний от номинала измеряемого резистора. Линейный резистор является абстракцией хотя бы в силу того, что любой резистивный элемент нагревается проходящим через него током, а это неизбежно ведет к изменению его сопротивления (резистивности). Однако выпускаемые в промышленных масштабах обычные резисторы и резисторы интегральных микросхем в рабочей области напряжений и токов нагреваются незначительно и могут считаться линейными. Признаком их линейности является линейность ВАХ резисторов – зависимости тока от напряжения – рис. 1. При этом наклон ВАХ Rдиф=ΔU/ΔI=R=const неизменен в любой ее точке, а дифференциальная резистивность (сопротивление) Rдиф равна статической резистивности R. Сказанное справедливо в области умеренных токов – от наноампер до единиц-десятков мА, а иногда и выше. Рис. 1. ВАХ линейного резистора в области умеренных токов Однако, при измерениях в полупроводниковой и интегральной электронике, нередко используются сверхмалые напряжения и токи, в которых нередко реально работают резистивные элементы. В этом случае даже у казалось бы линейного резистора ВАХ может иметь отнюдь не тривиальный и не линейный вид – рис. 2. Такие отклонения от линейной ВАХ (рис. 1) обусловлены как дискретностью тока как потока частиц (например, электронов) с дискретным зарядом, так и наличием шумовой составляющей тока. Рис. 2. ВАХ резистора в области малых напряжений и токов Даже идеальный резистор имеет на выходе шумовой ток, истинное среднеквадратическое значение (RMS) которого равно: где k=1,38•10-23 Дж/К – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура (в градусах Кельвина) и Δf – полоса частот (в Гц).
Существует ряд методов для измерения сопротивления и проводимости. Простейшими являются методы основанные на измерении тока, протекающего через резистор, подключенный и источнику ЭДС – рис. 3. и методом измерения напряжения на резисторе, падающего от протекающего через нетто тока – рис. 4. Оба этих метода относятся к двухточечным схемам измерения.
![]() Рис. 3. Измерение сопротивления по току, протекающего через резистор ![]() Рис. 4. Измерение сопротивления по напряжению, падающего на нем от протекающего через резистор заданного тока Первый метод наиболее удобен при измерении проводимости G=1/R=I/V. Разумеется, измеряя обратную величину (что в цифровых приборах не проблема) можно измерять и сопротивление. Второй метод дает R=V/I, где V – показания вольтметра. Ввиду очень широкого диапазона измерения напряжений и токов современными цифровыми приборами оба простейших метода можно считать практически равноценными. Оба метода дают легко оцениваемую погрешность в случае неидеальности источников напряжения или тока и измерителей напряжения и тока. Нередко, особенно в производственных условиях микроэлектронного производства, измерения приходится проводить при значительном удалении измеряемого объекта от источников энергии и измерителей. В этом случае, особенно при измерении малых сопротивлений (порядка десятков Ом и менее) особенно значительную погрешность могут вводить длинные провода и провода пробников. Это поясняет рис. 5, на котором показано измерение сопротивления резистора Rs при учете сопротивлений подводящих проводов Rlead. ![]() Рис. 5. Двухточечная схема измерения, учитывающая сопротивлении проводящих проводов Из рис. 5 нетрудно сделать вывод, что ток тестирования I от источника тока омметра (или мультиметра) проходит как через измеряемое сопротивление RS, как и через сопротивления подводящих проводов. Поэтому измеряемое вольтметров VM напряжение будет равно VR+2RLEAD. В результате вместо значения RS будет показывать значение RS+2RLEAD. Эта погрешность особенно существенна в приборах для измерения малых сопротивлений – миллиометров и микроомметров. Эти приборы часто применяются для измерения сопротивления печатных и напыляемых проводников в интегральных схемах, а также для измерения сопротивления заземления различных промышленных объектов и измерительных приборов. Наиболее эффективно устранение этого недостатка достигается при переходе от двухточечной схемы измерения к четырехточечной схеме, показанной на рис. 6. В этой схеме измеряется напряжение прямо на тестируемом резисторе, а через подводящие провода вольтметра течет ничтожно малый ток, так как вольтметр легко сделать высокоомным. Поэтому погрешность измерений из-за влияния подводящих проводов может быть ничтожно малой. ![]() Рис. 6. Четырехточечная схема для измерения малых сопротивлений Пример реализации четырехточечной схемы на приборах фирмы Keithley показан на рис. 7. Реализованная в этом примере схема измерений отличается возможностью измерения тестируемого тока с помощью высокоточного измерителя тока и обеспечивает высокую точность измерения сопротивлений в широком диапазоне их номиналов. ![]() Рис. 7. Конфигурация приборов фирмы Keithley для реализации четырехточечной схемы измерения сопротивления Нелинейные резисторы и полупроводниковые приборы могут иметь ВАХ с падающими участками отрицательного сопротивления Rо(I)=dU/dI<0 или отрицательной проводимости Go(U)=dI/dU<0. На этих участках при наличии паразитных реактивностей возможна генерация синусоидальных или релаксационных колебаний. Есть целый ряд приборов с такими ВАХ – однопереходные и лавинные транзисторы, S-диоды, динисторы и тиристоры, лямбда-транзисторы и др. [6-11]. Есть и приборы, у которых имеет место дифференциальное отрицательное сопротивление или проводимость, которые проявляются в определенном диапазоне частот – например, лавинно-пролетные диоды, диоды Ганна и др. Такое разнообразие характеристик заметно осложняет измерение ВАХ нелинейных приборов, относящихся к классу активных приборов. В том числе и нелинейных резисторов. Источник А. А. Афонский, В. П. Дьяконов, Электронные измерения в нанотехнологиях и в микроэлектронике Под ред. проф. В. П. Дьяконова, Москва, ДМК пресс, 2011 Материалы по теме:
Новости КИПиС
Новости компаний
Энциклопедия измерений
Статьи КИПиС
|
Свежий номер
События из истории измерений
|
|
|
© "Контрольно-измерительные приборы и системы" ("КИПиС"), 1996-2021. Все права защищены. Политика конфиденциальности Все представленные в Энциклопедии Измерений материалы имеют исключительно информационно-справочный характер и не могут использоваться в качестве руководящих или нормативных документов. |
|