03.各种电子元件的测量方法

多层陶瓷电容器（MLCC）的电容测量

多层陶瓷电容器（MLCC）分为根据测量电压而电容变化的高介电常数型以及不会变化的温度补偿型。规定电容时的测量条件分别按照温度补偿性、高介电常数型的JIS标准来规定。

测量条件的设置例

参数	大容量的被测物为Cs-D，小容量的被测物为Cp-D
频率	请参考下表
直流偏压	OFF
信号电平	额定电压以下
测量量程	AUTO
速度	SLOW2
LowZ模式	OFF

※其他为初始设置。
※这是测量范例。由于最适合的条件根据被测物不同会有差异，因此请使用者自行决定。

JIS C5101-21用于表面贴装的定瓷电容器种类1 温度补偿型（CH、C0G等）（IEC30384-21）

参数	额定静电容量	额定电压	测试频率	测试电压_※1	直流偏压
C，D（tan δ）	C≤1000pF	全部	1MHz或100kHz （标准1MHz）	5Vrms以下	无
C，D（tan δ）	C>1000pF	全部	kHz或100kHz （标准1kHz）	5Vrms以下	无

JIS C5101-22用于表面贴装的定瓷电容器种类2 高介电常数型（B、X5R等）（IEC30384-22）

参数	额定静电容量	额定电压	测试频率	测试电压_※1	直流偏压
C，D（tan δ）	C≤1000pF	全部	1MHz	1.0±0.2Vrms	无
	1000pF<C≤10uF	超过6.3V	1KHz	1.0±0.2Vrms
	1000pF<C≤10uF	6.3V以下	1KHz	0.5±0.2Vrms
	C>10uF	全部	100Hz或120Hz	0.5±0.2Vrms

※1 测试电压（=外加在测试样品上的电压）是通过输出电阻和测试样品对开路端子电压进行分压的电压。
※2测试电压（=外加在测试样品上的电压）可以通过开路端子电压、输出电阻、测试样品的阻抗进行计算。
※3 测试样品的阻抗不确定时或测量偏差较大的多个测试样品时使用CV模式更方便。

关于高介电常数型的电容
温度特性表示为B、X5R、X7R等的电容中使用了介电常数较高的材料。
高介电常数型的电阻不仅能够实现小型大容量，而且还具有容量根据测试电压和温度变化较大的特点。

测量仪器的介绍

适用于生产线

型号	测量频率	产品特点
3504-40	120Hz，1kHz	最适合用于大容量电容测量通过恒压回路进行高速CV测量
3504-50
3504-60
3506-10	1kHz，1MHz	最适用于小容量电容测量重复精度高

适用于研发、验货等

型号	测量频率	产品特点
IM3570	DC，4Hz~5MHz	分析模式下进行扫频

参数（Cs和Cp）的确定方法
各频率下的阻抗的大致标准（D较小时）

电容的等效电路

大容量的电容：因为C的阻抗较低，所以可以忽略Rp。设为串联等效电路。
小容量的电容：因为C的阻抗较高，所以可以忽略Rs。设为并联等效电路。

一般来说，测量如大容量电容这类低阻抗元件（约100Ω以下）时，使用串联等效电路模式，测量如小容量电容这类高阻抗元件（约10kΩ以上）时，使用并联等效电路模式。约100Ω～10kΩ的阻抗等等效电路模式不确定时，请和元器件的制造商进行确认。
实际的电容如图所示串联的Rs、并联的Rp连接到理想电容C进行工作。通常Rp会非常大（MΩ以上），Rs会非常�。ḿ甫敢韵拢�。理想电容的电抗可以通过电容和频率，按照Xc＝1/j 2πf C[Ω]来计算。Xc较小时，Rp和C并联的阻抗≒Xc。另一方面，Xc较小的话，则不能忽略Rs，因此整体上可以视作Xc和Rs的串联等效电路。Xc较大时则相反，不能忽略Rp，但可以忽略Rs，这样就变成了并联等效电路。

开路电压（V）模式和恒压（CV）模式的区别
开路电压是指测试样品没有进行连接时Hc端子产生的电压。将开路电压用输出电阻和测试样品分压后的电压外加在测试样品上。
恒压（CV）模式下设置测试样品两端的电压。使用IM35xx读取电压的监视值，软件上反馈后作为CV。使用3504-xx的话在硬件（模拟电路）上设置CV，因此可以高速进行恒压测量。3506-10虽然仅有开路电压（V）模式，但是因为输出电阻较�。�1kHz的2.2uF量程以上为1Ω，除此以外的条件下为20Ω），所以相比其他机型，具备开路端子电压≒测试电压的测试样品的阻抗低的特点。

电解电容器的电容测量

规定电解电容器的电容时的测量条件是按照JIS标准来定的。电容器厂家的公称值是符合JIS标准的测量值。但是，电解电容器的静电容量值根据测量频率的不同有较大差异，因此也用符合实际使用回路条件的频率确认电容值。
在和电容测量相同条件下测量基于电解电容器的内部电极部分的电阻和电解质电阻等的等效串联电阻（ESR）或损耗角正切?（tan?）。

测量条件的设置范例：

参数	Cs-D-Rs
频率	120Hz以及实际使用的回路的频率
直流偏压	ON　1.0V
信号电平	0.5Vrms
测量量程	AUTO
速度	SLOW2
LowZ模式	ON

※其他为初始设置。
※这是测量范例。最适合的条件根据被测物而异，请使用者自行决定。

JIS C5101-4铝固体（Mn02）和非固体电解电容器（IEC 60384-4）

参数	额定静电容量	额定电压	测试频率	测试电压_※1	直流偏压_※2
C，D（tan δ） Rs（ESR）	全部	全部	100Hz 或 120Hz	5Vrms以下	0.7~1.0V

※1 测试电压（=外加在测试样品上的电压）是使用输出电阻和测试样品将开路端子电压分压后的电压。
※1 测试电压（=外加在测试样品上的电压）能够通过开路端子电压、输出电阻和测试样品的阻抗进行计算。
※2 可省略外加直流偏压。

低阻抗高精度模式：
低阻抗高精度模式下输出电阻下降、测试电流增加，而重复测量精度提高。若测量超过100μF这类大电容（低阻抗）的电容，就能够更加稳定的进行测量。下图是使用IM3570，分别在低阻抗高精度模式ON/OFF下比较重复精度的结果。（100kHz、1Ω量程、1V）
※低阻抗高精度模式有效的条件根据机型而异。请参照各机型的使用说明书。

重复测量约100mΩ的电阻

测试仪器的介绍：

针对生产线

型号	测量频率	产品特点
IM3523	DC，40Hz~200kHz	测量时间2ms、高性价比
IM3533	DC，1mHz~200kHz	内部直流偏压功能、触摸屏

针对研发、验货

型号	测量频率	产品特点
IM3570	DC，4Hz~5MHz	分析模式下扫频功能
IM9000	DC，4Hz~5MHz	IM3570选件：等效电路分析软件
IM3590	DC，1mHz~200kHz	使用等效电路分析功能可分开测量ESR和ESL

关于等效串联电阻（ESR）和损耗系数D（tanδ）
电解电容器的普通等效电路如下图所示。
这里低频（50Hz～1kHz）的话则基于等效串联电感L的电抗（XL）非常之�。梢钥醋�0，这时的各元件的电阻成分、电抗成分在复平面中变为下图所示的矢量关系。
电容器的理想状态是R=0、损耗系数D=0，但是实际上电解电容器的话，存在电极箔的电阻、电解质的电阻、引线的电阻以及各部分的连接电阻等各种电阻成分，因此等效串联电阻ESR或损耗系数D（tanδ）是评价电解电容器好坏的指标。
使用IM3533或IM3536可以同时测量并显示4种参数，因此如显示范例可作为电解电容器的评价标准，同时确认电抗X、静电容量C、等效串联电阻Rs、损耗系数D。

重复测量约100mΩ的电阻

矢量图

IM3536的显示范例

直流偏压功能
电解电容器分为普通有极性型和两极性型。有极性型根据需要加上直流偏压，而不在电容器上加反向电压。
由于IM3533或IM3536有内部直流偏压功能，因此无需准备外部直流电源即可直接外加直流偏压。

Cs和Cp的确定方法
一般来说，测量大容量的电容器这种低阻抗元件（约100Ω以下）时使用串联等效电路模式，而测量小容量的电容器这种高阻抗元件（约10kΩ以上）时使用并联等效电路模式。在无法确定约100Ω～10kΩ的阻抗等的等效电路模式时，请和元件厂家进行确认。

钽电容的电容测量

钽电容是阳极使用金属钽的一种电解电容器。和其他电容器相比体积小但电容大，和陶瓷电容器这类大容量产品相比，具备电压、温度特性好的特点。测量条件由JIS标准而定，测量静电容量C、等效串联电阻Rs（ESR）、损耗角正切?（tanδ）和阻抗Z。

测量条件的设置范例

参数	Cs-D（120Hz）、Rs（100kHz）
频率	120Hz、100kHz
直流偏压	OFF
信号电平	0.5Vrms
测量量程	AUTO
速度	SLOW2
LowZ模式	ON

※其他为初始设置。
※这是测量范例。最适合的条件根据被测物而异，请使用者自行决定。

JIS C5101-3用于表面贴装的固定钽固体（MnO 2）电解电容器
（IEC 60384-3）

参数	额定静电容量	额定电压	测试频率	测试电压_※1	直流偏压_※2
C，D（tan δ）	全部	全部	100Hz 或 120Hz	0.5Vrms以下	0.7~1.0V
Rs（ESR）、Z	全部	全部	100kHz	0.5Vrms以下	0.7~1.0V

JIS C5101-15固定钽非固体或固体电解电容器
（IEC 60384-15）

参数	额定电压额定静电容量	测试频率	测试电压_※1	直流偏压_※2
C，D（tan δ）	全部	100Hz 或 120Hz	0.1Vp~1.0Vp	2.1~2.5V_※3
Rs（ESR）、Z	全部	在100Hz、120Hz、1kHz、10kHz、100kHz、1MHz中选择能得到最低阻抗值的频率	0.1Vp~1.0Vp	2.1~2.5V_※4

JIS C5101-24用于表面贴装的固定钽固体（导电性高分子）电解电容器
（IEC 60384-24）

参数	额定静电容量	额定电压	测试频率	测试电压_※1	直流偏压_※2
C，D（tan δ）	全部	2.5V以下	100Hz 或 120Hz	0.5Vrms以下	1.1~1.5V
C，D（tan δ）	全部	超过2.5V	100Hz 或 120Hz	0.5Vrms以下	1.5~2.0V
Rs（ESR）、Z	全部	全部	100kHz	0.5Vrms以下	无

※1 测试电压（=外加在测试样品上的电压）是使用输出电阻和测试样品将开路端子电压分压后的电压。
※1 测试电压（=外加在测试样品上的电压）能够通过开路端子电压、输出电阻和测试样品的阻抗进行计算。
※2 可省略外加直流偏压。
※3 双极性电容器不外加直流偏压。
※4 仅在测试电压0.5Vp以上时外加。

测试仪器的介绍：

针对生产线

型号	测量频率	产品特点
IM3523	DC，40Hz~200kHz	测量时间2ms，Cs-D/ESR连续测量
IM3533	DC，1mHz~200kHz	测量时间2ms，Cs-D/ESR连续测量，触摸屏

针对研发、验货

型号	测量频率	产品特点
IM3570	DC，4Hz~5MHz	分析模式下扫频功能
IM9000	DC，4Hz~5MHz	IM3570选件：等效电路分析软件
IM3590	DC，1mHz~200kHz	使用等效电路分析功能可分开测量ESR和ESL

4端子对法：
在测试样品Zx的附近若连接彼此的屏蔽层，则测试电流会通过屏蔽层返回来。这个返回屏蔽层的电流所产生的磁通量和测试电流I所产生的磁通量相抵消，因此特别是在低阻抗的测量中能够降低测量误差。（IM35xx）

连续测量模式：
IM35xx系列的连续测量功能在不同设置条件（频率、电平）下连续测量不同的设置项目。
如下例所示，连续测量Cs-D测量（120Hz）和ESR测量（100kHz）

导电性高分子电容器的电容测量

导电性高分子电容器和铝电解电容器相比，具备ESR（等效串联电阻）较低、温度变化时较稳定的特性。而且，相对直流偏压的静电容量的稳定性也非常出众。测量条件根据JIS标准C5101-25-1而定，测量等效串联电阻（ESR）和损耗角正切?（tan?）。

测量条件的设置范例

参数	Cs-D（120Hz）、Rs（100kHz）
频率	120Hz、100kHz
直流偏压	ON　 1.5V
信号电平	0.5Vrms
测量量程	AUTO
速度	SLOW2
LowZ模式	ON

※其他为初始设置。
※这是测量范例。最适合的条件根据被测物而异，请使用者自行决定。

JIS C5101-25-1用于表面贴装的固定铝固体（导电性高分子）电解电容器
（IEC 60384-25-1）

参数	额定静电容量	额定电压	测试频率	测试电压_※1	直流偏压_※2
C，D（tan δ）	全部	2.5V以下	120Hz	0.5Vrms以下	1.1~1.5V
C，D（tan δ）	全部	超过2.5V	120Hz	0.5Vrms以下	1.5~2.0V
Rs（ESR）	全部	全部	100kHz±10kHz	0.5Vrms以下	OFF

低阻抗高精度模式：
低阻抗高精度模式下输出电阻下降、测试电流增加，而重复测量精度提高。若测量超过100μF这类大容量（低阻抗）的电容，就能够更加稳定的进行测量。下图是使用IM3570，分别在低阻抗高精度模式ON/OFF下比较重复精度的结果。（100kHz、1Ω量程、1V）
※低阻抗高精度模式有效的条件根据机型而异。请参照各机型的使用说明书。

测试仪器的介绍：

针对生产线

型号	测量频率	产品特点
IM3523	DC，40Hz~200kHz	测量时间2ms、高性价比
IM3533	DC，1mHz~200kHz	内部直流偏压功能、触摸屏

针对研发、验货

型号	测量频率	产品特点
IM3570	DC，4Hz~5MHz	分析模式下扫频功能
IM9000	DC，4Hz~5MHz	IM3570选件：等效电路分析软件
IM3590	DC，1mHz~200kHz	使用等效电路分析功能可分开测量ESR和ESL

等效电路分析功能：
通过等效电路分析功能，可以单独分析构成元件的L、C、R的各要素。
在下图中，使用IM3570+IM9000测量导电性高分子电容器的ESR和ESL。

电感器（线圈）的电感测量

线圈分为空心（当中为空气或者非磁性材料）的和当中使用铁氧体等磁性材料（=高导磁率材料）的。带磁芯的电感中具有电流依赖性。

测量条件的设置范例

参数	Ls，Q，Rdc
频率	自谐振频率以下
直流偏压	OFF（如果ON则无法测量）
信号电平	CC（恒流）模式，额定电流以下
测量量程	AUTO
速度	SLOW2
LowZ模式	ON

※其他为初始设置。
※这是测量范例。最适合的条件根据被测物而异，请使用者自行决定。

关于测量频率的设置
线圈（感应器）具备的电感和线圈的寄生电容中的LC共振现象被称为自谐振。另外，产生这种自谐振的频率被称为自谐振频率。评估线圈时，请使用比自谐振还要低很多的频率测量L和Q。
线圈的阻抗可通过Z=j2πfL进行计算，频率越高则阻抗越高。改变频率进行测量时，若将测量量程设定为AUTO能够更加高效的进行测量。为了更加高精度的进行测量，并能在精度好的量程下测量阻抗，请设置合适的频率。

关于测量信号电平的设置
测量电流可通过开路电子电压和输出阻抗、被测物的阻抗计算得出。设置测量电压时注意不要让额定电流超过。
测量有电流依赖性的线圈（=磁芯）时，请设置磁性材料不会饱和的信号电平。如果是没有电流依赖性的线圈，则推荐设置精度最好的信号电平。如果是IM35xx系列，则V模式的1V位最优设置。如果是IM758x系列，以DUT端口50Ω终端时的功劳来规定测量信号电平，因此最好的精度设置为+1dBm。
测量带磁芯的线圈或额定电流较小的线圈等情况时，用IM35xx可设的CC（恒流）模式最为方便。用软件控制使测量电流恒定。

测试仪器的介绍：

针对生产线

型号	测量频率	产品特点
IM3533	DC，40Hz~200kHz	带Rdc的温度补偿功能
IM3536	DC，4Hz~8MHz	标准机型，高速、高稳定性、价格实惠
IM7581	100kHz~300MHz	针对高频、高速测量线圈

针对研发、验货

型号	测量频率	产品特点
IM3570	DC，4Hz~5MHz	分析模式下扫频功能

Ls和Lp的确定方法：
一般来说，测量大容量的电容器这种低阻抗元件（约100Ω以下）时使用串联等效电路模式，而测量小容量的电容器这种高阻抗元件（约10kΩ以上）时使用并联等效电路模式。在无法确定约100Ω～10kΩ的阻抗等的等效电路模式时，请和元件厂家进行确认。
电感器如图所示，理想电感器L和绕组的铜损Rs、磁芯的铁损Rp联动。理想的线圈的电抗XL可以通过XL＝j2πfL进行计算。因为根据Rs和Rp的大小而定所以不能一概而论，低电感的线圈XL较小，所以可以认为Rp和L并联的阻抗≒XL。另外一方面，因为Ls较小所以不能忽略Rs，因此是串联等效电路。高电感则相反，不能忽略Rp而可以忽略Rs，因此是并联等效电路。

线圈中流过的电流：
线圈中流过的电流可以通过开路端子电压、输出阻抗、被测物的阻抗来计算。

※1 输出阻抗根据机型或是否为有效的低阻抗高精度模式而异。请参考使用说明书中记载的产品参数部分。

关于Rdc测量：
线圈的评价中测量L、Q、Rdc。IM3533或IM3536等机型1台即可测量L、Q、Rdc。使用交流信号测量了L和Q之后，再使用直流信号测量Rdc。
※并不是Rs、Rp=Rdc。Rs和Rp是使用交流测量的电阻。Rs和Rp包含会由于磁芯的损耗、趋肤效应、邻近效应而增加的绕组电阻。
绕组材料的温度系数较大的话，则Rdc会根据温度的变化而变化。IM3533带有Rdc的温度补偿功能。

关于直流叠加特性：
直流叠加特性是线圈的特性之一。表示的是相对直流电流电感降低的情况，因此对用于如电源回路这类流过大电流的回路的线圈来说是重要的评价项目。
我司的LCR测试仪中内置的直流偏压施加功能用于测量电容器，不能流过直流电流。为了叠加直流电流，请使用DC偏置电流单元9269（或9269-01）和外部电源，或者自己制作回路。
※DC偏置电流叠加回路请参考各LCR测试仪使用说明书后方的附录页。

延迟时间的设置方法：

LCR测试仪的Rdc测量为了减少测量误差，将发生电压ON/OFF后取消主机内部的偏移。（DC调整功能）。
电感器上的施加电压进行切换时，输出电阻和电感器的等效串联电阻、电感会引发瞬态现象。Rdc测量时为了不受到瞬态现象的影响请设置足够长的延迟时间。延迟时间的名称和测量时序根据机型而异。请参考各机型的使用说明书。若不确定适合的延迟时间，请尽量将延迟时间设置得久一点。请在这时的测量值不会变化的范围内慢慢的缩短延迟值。

变压器的电感测量

交流的电压可以使用变压器进行升压和降压。基本构造是在铁芯上缠绕初级线圈和次级线圈。
流过电流则线圈内部会产生磁场并产生电压。该电压的大小和线圈的圈数成比例。比如初级线圈（输入端）的圈数为100圈，次级线圈（输出端）的圈数为200圈时，因为输出端圈数是输入端的2倍，所以输入端施加100V的电压的话，则输出端会产生200V的电压。不过，变压器的初级端和次级端的功率不变。

测量条件的设置范例

参数	Ls，Q，Rdc
频率	自谐振频率以下_※1
直流偏压	OFF（如果ON则无法测量）
信号电平	额定电流以下_※1
测量量程	AUTO
速度	SLOW2
LowZ模式	ON

※1 参照电感器的应用手册。
※ 其他为初始设置。
※ 这是测量范例。最适合的条件根据被测物而异，请使用者自行决定。

变压器是电感器的应用之一，测量方法和电感器的相同。
变压器测量中的主要评估参数如下：

?初级电感（L1）和次级电感（L2）
?泄漏电感
?绕组电容（C）
?互感（M）
?匝数比

各详细测量方法会分别显示在后面。

测试仪器的介绍：

针对生产线

型号	测量频率	产品特点
IM3533	DC，40Hz~200kHz	带Rdc的温度补偿功能，变压器测量模式
IM3533-01	DC，40Hz~200kHz	IM3533+扫频
IM3536	DC，4Hz~8MHz	标准机型，高速、高稳定性、价格实惠

针对研发、验货

型号	测量频率	产品特点
IM3570	DC，4Hz~5MHz	分析模式下扫频功能

初级电感（L1）和次级电感（L2）
如下图所示，通过将初级端或次级端直接连接测量仪器，可以测量初级电感或次级电感。不过，要将其他绕组全部设为开路状态。请注意：电感测量结果中会包含绕组的分布电容带来的影响。

泄漏电感：
理想的变压器的话，在短路输出后输入也会短路。但是，实际的变压器的话即便输出短路也会存在泄漏电感。泄漏电感（leakage inductance）如下图所示，将次级端短路后，通过测量初级端的电感可以获得。

※1 输出阻抗根据机型或是否为有效的低阻抗高精度模式而异。请参考使用说明书中记载的产品参数部分。

泄漏电感是什么
和变压器的初级绕组和次级绕组同时互联的磁通量被称为主磁通量（φ12或φ21）。变压器的磁通量还分为只和初级绕组互联，和次级绕组不互联的初级端泄漏磁通量（φσ1），以及只和次级绕组互联，和初级绕组不互联的次级端泄漏磁通量（φσ2）。
若是理想的变压器的话，则只存在主磁通量，但是实际的变频器中因为漏磁所以必定会存在泄漏磁通量。这个泄漏磁通量的初级端和次级端仅和各自的绕组互联，因此不会起到变压作用。而且同时仅和各自的绕组互联的意思是作为各自的绕组的电感起作用。这样，初级端泄漏磁通量变为初级端泄漏电感，而次级端泄漏磁通量变为次级端泄漏电感。

绕组电容：
初级端和次级端之间的绕组电容如下图所示，通过将各绕组的单向都连接测试仪器可以测量。