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小電阻-0.15Ω該怎麼測量-用LCR四線式測試儀搞定

2018-02-26 實作知識, 量測儀器, 電子通訊 Circuit Communication, 電路 Circuit, 電錶Meter 0

如果你拿到一個超小阻值的小電阻，該怎麼測量它的電阻呢? 使用三用電表測量的下場就只能得到0，這時就需要用到LCR測試儀(LCR Meter)了，它沒有中文名稱，硬要翻譯的話我會稱它被動元件測試儀，因為它不只可以測試電阻，其它如電容、電感都能夠測量，而這些元件都屬於被動元件的範疇。

如下圖我手上有一顆0.15Ω的小電阻，形狀完全不是傳統葫蘆狀的炭膜電阻，反倒有點像斷了一隻腳的電晶體，不要懷疑它就是一顆扎扎實實的電阻，只因為它阻值小所以使用上可預期的電流會很大，做大顆一些比較好散熱。

小電阻-可以偵測電流

到底是甚麼應用需要用到這種這麼小的電阻呢? 答案是電源的電流偵測，大家都知道V=IR電流越大電壓差就越大，為了偵測電流，因此在電流路徑上安插一個電阻，刻意造成壓差，好讓偵測電路判斷電流大小，若電源電壓是12V安全電流設定為2A，那我會設計從12V偷個0.3V來用，利用0.3V來偵測電流，理論上不會影響12V的負載，所以這時候需要串接多大的電阻呢? 就是\(R=\frac{V}{I}=\frac{0.3V}{2A}=0.15\Omega\)，若要偵測的電流越大，你需要的電阻就會越小，不然電壓都被吃光了。

LCR Meter測量小電阻

我還真的拿了三用電表來測量這顆0.15Ω的電阻，於是就只看到一個數字，那就是0Ω，所以我連圖都懶得放了。一般的三用電表通常在30Ω以下就會嗶嗶叫，待測電阻越小就會越來越不准，因為普通的三用電表採用的是二線式的測量方式，而且裡面的線路並非針對精密的電壓電流做設計，因此電阻值越低電表讀值的準度就越差。

這時候就需要用到LCR Meter，它採用四線式的測量方式，而且測試用的電壓電流有精密的控制迴路，因此可以輕易的得到正確的阻值。關於四線式測量會較精準的原因，請參考這篇低電阻測量-四線式精準測量0.01Ω的原理，這裡我只說明LCR Meter的使用方式。

四線式接線

四線式的四個接頭，分別敘述如下

H cur
High Current 電流輸出端
H pot
High Potential 高電位測量端
L pot
Low Potential 低電位測量端
L cur
Low Current 電流回流端

最外面兩個H cur與L cur用來提供電流迴路，裡面兩個H pot與L pot用來測量電壓，電流迴路流經的電流會遠大於電壓迴路，因此LCR Meter才能精準得到電阻值。

原本應該要有一種稱為Kelvin Clip的夾子來作為待測物的夾具，但目前我手邊沒有，所以我拿了一對兩頭都是RCA的音源線來DIY，把線材切成一半之後，就有了四個RCA接頭，只抽出其中的訊號線兩兩相接，隔離層就不用了，於是一組稱為H(High)另一組稱為L(Low)，這兩組線的接點即是用來接待測電阻的點。最後再拿四個轉接頭將四個RCA插上LCR Meter的BNC接頭，就完成接線了。

Open/Short補償校正Calibration

各位用三用電表有每年拿去做校正嗎? 我想是沒有，我自己也沒有，因為我們只拿它來量個大概嘛。但是LCR Meter這種精密儀器，除了每年要拿回原廠校正之外，使用之前絕對要做Open/Short的補償校正，因為導線本身就含有阻抗，電流路徑中各種金屬接頭的介面也存在接觸阻抗，所以在測量低電阻的時候，一定要做Short測試，把電流路徑上的阻抗測量出來，將來才可以減掉降低誤差。

所以我先將兩組線的測試點接在一起，做Short Calibration，其實就是四條線全接在一起，下圖我是用OK線將兩組線先纏在一起，接觸面積越多越好。