LCRメータの機能と正しい使い方

電子部品のパラメタを正確に測定するには?

抵抗・コンデンサ・インダクタンスは、電子回路の中で必ず使用されている部品です。電子回路の設計を行う上で、これらの部品の値を正確に測定することは、たいへん重要になります。部品の値の測定には、LCRメータを使うのが一般的です。

この特集では、LCRメータを使って部品の測定を行う場合、誤差要因になりやすい試料との接続と誤差の補正方法のポイントをご紹介します。

LCRメータ ZM2376
LCRメータ ZM2376

LCRメータと試料の接続方法

LCRメータと試料の接続方法

LCRメータを用いて電子部品のパラメタを測定する際、問題となるのは測定誤差です。
LCRメータ内部の誤差要因をはじめ、さまざまな要因があり、試料との接続による誤差もその1つです。
LCRメータの機種によって可能な接続方法は異なりますが、ここでは、5つの接続方法について、それぞれの特徴を整理してみました。
一般的に、接続が面倒なものほど正しく測定できます。

2端子法

接続は容易ですが、接触抵抗、ケーブルの直列インピーダンス (r)、ケーブルや端子間の浮遊容量 (Copen) による誤差が大きいため、中間的なインピーダンスでないと、誤差が大きくなります。

2端子法

3端子法

ケーブルや試料に静電シールドを施し、浮遊容量を抑えることで、高インピーダンスの測定誤差を低減する方法です。
おもにに小さな容量の測定で使われます。

3端子法

4端子法

電圧検出ケーブルを独立して設けることで、ケーブルの直列インピーダンスによる電圧降下や接触抵抗の影響をなくし、低インピーダンスの測定誤差を低減する方法です。ケーブル間の相互インダクタンス (M) による影響を考慮する必要があります。
1つのクリップに絶縁された2つの電極を持つケルビンクリップを使うと、2つのクリップで容易に4端子接続ができます。

4端子法

5端子法

4端子法の各ケーブルをシールドして、広範囲のインピーダンスに対して測定誤差を低減する方法です。

5端子法

4端子対法

交流インピーダンスの測定は、直流と異なり、熱起電力の影響を受けないという特徴があります。しかし、電流ケーブルと電圧ケーブル間の電磁誘導によって、周波数が高くなるほど低インピーダンスの測定が困難になります。そこでケーブルのシールドを利用して、電流の往路と復路を重ねることで磁束の発生を抑え、電磁誘導による残留インピーダンスを低減します。
本来は、試料の一端(LP端子対)の電圧がゼロになるように、電流電圧変換部を制御します。Lc端子対の電圧がゼロになるようにしても、電流の往路と復路が重なるので、電磁誘導の影響を抑えられます。

4端子対法

誤差を補正するには?

誤差を補正するには?

LCRメータは、測定誤差を軽減するために、いくつかの補正機能を持っています。補正値は、周波数やインピーダンスのレンジごとに異なるため、全範囲の補正には時間がかかります。
ここでは、ゼロ補正とロード補正について解説します。

ゼロ補正

LCRメータのゼロ点のズレが測定値に対して無視できないときは、ゼロ補正を行います。
ゼロ点のずれは、ケーブルや電極の物理的な配置で変化するため、オープンおよびショートのゼロ補正は、部品を接続したときと同じケーブルの引き回し、電極間隔で行う必要があります。(図A, B)

オープン
図A オープン
ショート
図B ショート

等価回路
図C 等価回路

LCRメータの内部では、図Cの等価回路を仮定して、次のような関係式で補正しています。

計算式
記号解説

ロード補正

測定治具の違いなどにより生じるゼロ点以外の測定誤差が無視できないときは、図Dに示すロード補正を行うことで確度を向上できます。ロード補正機能がないLCRメータでも、インピーダンスのレンジや周波数ごとに補正係数を求めて、自分で補正することができます。

ロード補正を行うには、まず標準器や正確な値のわかった部品を用意します。ゼロ補正後、値の分かった標準インピーダンス Zstdを測定して、測定値 Zmsを得たとすると、次の式で補正係数が求まります。

計算式

実際の試料を測定して値 Zmを得たときは、次の式で真の値を求められます。

計算式
ロード補正
図D ロード補正

技術資料『LCRメータを用いた電子部品の測定』

技術資料『LCRメータを用いた電子部品の測定』

~各種パラメタを正確に測定するには~

技術資料

この資料では、LCRメータで電子部品を測定する際に問題となる「試料との接続」と「誤差の補正」についてご説明しています。

測定においては、さまざまな誤差要因があるほか、LCRメータ自身が破損してしまうなどの問題もあります。

これらの問題に対する注意点をはじめ、原理や具体的な測定例などを詳しく解説した資料をご用意しています。
ぜひ計測にお役立てください。

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