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。

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。

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。

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。

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。