两线与四线电阻测量

大多数精密数字万用表 (DMM) 和许多源测量单元 (SMU) 都提供两线和四线电阻测量功能。然而，这两种技术并不同样适用于所有电阻测量应用。本文简要概述了如何为特定应用确定最合适的技术。

数字万用表通常采用恒流方法来测量电阻，该方法为被测设备 (DUT)提供恒定电流 (I SOUR ) 并测量电压 (V MEAS )。然后使用已知电流和测量电压 (R DUT = V MEAS /I SOUR )计算并显示电阻 (RDUT )。图 1 显示了恒流测试的简单示意图。

图 1. 两线测试配置中的恒流电阻测量方法。

提供给 DUT 的测试电流取决于所选的测量范围(表 1)。例如，对于 100Ω 量程，测试电流为 1mA。由于典型 DMM 的电压表具有非常高的输入阻抗，因此几乎所有测试电流 (1mA) 都流经 DUT。

表 1. – 典型 DMM 范围和测试电流

两线电阻测量

图 2 表示采用恒流方法的两线电阻测试配置。

图 2. 两线电阻测量原理图。

应用于低电阻测量的两线法的主要测量问题是总引线电阻 (RLEAD) 被添加到测量中。由于测试电流 (I) 会导致引线电阻上的电压降很小但很明显，因此仪表测量的电压 (VM) 不会与直接通过测试电阻 (R) 的电压 (VR) 完全相同，并可能导致相当大的错误。典型的引线电阻范围为 10mΩ 到 1Ω，因此当被测电阻低于 100Ω 时，很难获得准确的两线电阻测量，因为感兴趣的电阻将完全被引线电阻淹没。事实上，引线电阻将是主要的误差来源。例如，使用 100mΩ 组合电阻的测试线对 500mΩ 电阻进行两线电阻测量，除了仪器误差外，还会产生 20% 的测量误差。由于两线法的局限性，另一种方法用于降低测试引线电阻影响的低电阻测量。为了测量电阻等于或小于 1kΩ 的 DUT，测试工程师可以使用图 3 中所示的四线 (Kelvin) 连接。因为电压是在 DUT 上测量的，所以消除了测试引线中的压降(这个电压可以测量低电阻器件时非常重要)。一种不同的方法用于降低测试引线电阻影响的低电阻测量。为了测量电阻等于或小于 1kΩ 的 DUT，测试工程师可以使用图 3 中所示的四线 (Kelvin) 连接。因为电压是在 DUT 上测量的，所以消除了测试引线中的压降(这个电压可以测量低电阻器件时非常重要)。一种不同的方法用于降低测试引线电阻影响的低电阻测量。为了测量电阻等于或小于 1kΩ 的 DUT，测试工程师可以使用图 3 中所示的四线 (Kelvin) 连接。因为电压是在 DUT 上测量的，所以消除了测试引线中的压降(这个电压可以测量低电阻器件时非常重要)。

使用这种配置，测试电流 (I) 通过一组测试引线强制通过测试电阻 (R)，而 DUT 上的电压 (VM) 通过第二组引线(感应引线)测量。

图 3. 四线电阻测量配置。

尽管一些小电流(通常小于 100pA)可能会流过感应引线，但它通常可以忽略不计，并且在所有实际用途中通常可以忽略不计。因此，仪表测量的电压 (VM) 与电阻 (R) 两端的电压 (VR) 基本相同。

因此，电阻值的确定比两线法要准确得多。请注意，电压感应引线应尽可能靠近被测电阻器连接，以避免在测量中包含测试引线的部分电阻。

图 4. 例如，吉时利的 5-1/2 位 2110 型数字万用表支持 100Ω、1kΩ、10kΩ、100kΩ、1MΩ、10MΩ 和 100MΩ 的电阻测量范围的两线和四线配置。