电阻值与电阻率的测量

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1、电子材料与元器件测试技术账号：密码：qwerty内容简介v什么是电子材料？v电子材料是指在电子技术和微电子技术中使用的材料，包括介电材料、半导体材料、压电与铁电材料、导电金属及其合金材料、磁性材料、光电子材料以及其他相关材料。 v什么是电子元器件？v电子元器件是元件和器件的总称。电子元件：指在工厂生产加工时不改变分子成分 的成品。如电阻器、电容器、电感器。它对电压、电流无控制和变换作用，所以又称无源器件。电子器件：指在工厂生产加工时改变了分子结构的成品。例如晶体管、电子管、集成电路。对电压、电流有控制、变换作用，所以又称有源器件。 测量必须研究的两个基本问题：v如何才能测量出来？（测试方法、测

2、量设备）v如何才能测得准确？（测试技术）参考资料1v教材：v 李能贵，电子材料与元器件测试技术，上海科学技术出版社 1987v参考书：v 周东祥、潘晓光，电子材料与元器件测试技术，华中理工大学出版社，1994；v 李远等，压电与铁电材料的测量，科学出版社 ，1984。 参考资料2v国标、国军标以及美军标等标准；v论文；v多利用搜索引擎。Ch1.1电阻值与电阻率的测量1.1 电阻与电阻率的概念电阻的概念vR，指直流电阻，即在电子元器件或材料两端施加一直流电压U与其所通过的稳态电流I之比值。IUR1.1 电阻与电阻率的概念电阻的分类 分类一v低阻10v中阻 10 106v高阻 107 分类二v超低

3、阻 10-12 10-7v低阻 10-6 10v中阻 10 106v高阻 107 1012v超高阻 1013 1019万用表1.1 电阻与电阻率的概念电阻的构成v因为流过待测样品（DUT）的电流可分为表面电流IS和体积电流IV，所以DUT的电阻也可以分为表面电阻RS和体积电阻RV.。v对于电子元器件，所测得的电阻是总电阻。SSIUR VVIUR电阻率v为什么要引入电阻率？ 电阻与材料的性能、尺寸大小和形状有密切关系，阻值大小不能反映材料本身的特性，所以引入电阻率的概念。电阻率的概念v单位长度上所承受的直流电压（即直流电场强度E）与单位面积所通过的稳态电流（即电流密度J）之比。符号为.JE体积电

4、阻率v体积电阻率V是沿着体积电流方向的直流电场强度与稳态电流密度之比。v对于平板试样。其中A是电极面积（m2）；l是电极间的距离，即试样厚度（m）VVVJElARVV表面电阻率v沿材料表面电流方向的直流电场强度ES和单位宽度通过的表面电流a之比。符号是S 。v对于平板试样，可采用刀形电极测量表面电阻率。若不考虑体积电流的影响，S如右所示。其中b为电极宽度，h为电极间距离。aESSSSbRh表面电阻率和体积电阻率v对绝缘材料而言，对绝缘材料而言，v表面电阻率是绝缘材料抵抗表面漏泄电流的能力. 体积电阻率是绝缘材料抵抗体内漏泄电流的能力. v表面电阻率、体积电阻率越高, 漏泄电流越小, 材料的导电

5、性能越差.v体积电阻率可作为选择绝缘材料的一个参数（电阻率随温度和湿度的变化而显著变化）。体积电阻率的测量常常用来检查绝缘材料是否均匀，或者用来检测那些能影响材料质量而又不能用其他方法检测到的导电杂质。表面电阻率和体积电阻率v表面电阻率在很大程度上取决于材料的表面状态。当表面吸附着半导体杂质和水分时，将明显地影响表面电阻率的大小。它是一个有关材料表面污染特性（或程度）的参数。v因为体积电阻总是要被或多或少地包括到表面电阻的测试中去，因此只能近似地测量表面电阻。通常都以体积电阻率作为衡量材料电性能的参数之一。1.2 电阻与电阻率的测量低阻、中阻、高阻的例子v电阻器的阻值，几欧到几十兆欧，属于中阻

6、；v绝缘介质材料的绝缘电阻，属于高阻；v电阻器的引线帽与电阻基体间的接触电阻，电位器电刷与基体触点的接触电阻，很小，小到百分之几欧或千分之几欧，属于低阻。测量对象的多样性决定了测试方法的多样性。中阻的测量中阻的测量v中阻的测量是电阻测量的基础。v包括：电流电压测量法、电桥测量法、补偿测量法。v以电桥测量法为主。v电桥法最突出的优点是精度较高。电流电压法测（伏安法）v工具：电压表和电流表v方法：测量施加在样品上的直流电压U和通过样品的稳态电流Ix。v得到：样品的电阻Rx。xxIUR v图1-3（a、b）所示的两种测量方法所得结果都是近似的；v具体采用哪一种连接方式，取决于由被测电阻阻值所决定的测

7、量准确度。(13a)xxRVVRRrRR 测图，( 1 3b)xRxRrRA图，v造成的误差为：两种接法的误差计算图(a)=+xVVVRIII测=xxVRI=+xxVVxRxxVxVVVRRRIIRVrRIIV IIRR 测测图(b)=xAV VVRII测=xxVRI=xxARxxRRRrRR测v具体的操作，可参见图1-4，v当R测RVRA时，采用图1-3（a）；v当R测RVRA时，采用图1-3（b）；v当R测=RVRA时，两种方式所造成的误差相等，可任意选择。.(13a)xxRVVRRrRR 测图，v图1-3（a）适应于Rx很小的情况；v采用图1-3（b）适应于Rx很大的情况。(13a)xx

8、RVVRRrRR 测图，( 13b)xRxRrRA图，分析v结论：内阻大的电压表和内阻小的电流表对于高精度的测量是有益的。v现状：一般的电功仪表很难满足高精度的要求。v解决：多采用运放来构成内阻很大的电压表和内阻很小的电流表。运放的特点一个理想的运放满足以下条件：v开环增益KV； “虚短”v开环输入阻抗Ri； “虚断”v开环输出阻抗Ro0 . 实际中，一般的运放，vKV几千倍100万倍；vRi几十千欧几百兆欧；vRo几百欧几十欧。采用运放构成内阻很高的伏特表v将运放作为阻抗变换器，因为反馈作用，因而阻抗很高，对输入稳定电流影响很小。111 VRRVs111=+sVVRRR采用运放构成内阻很低的

9、安培表v利用倒向放大器的相加点是“虚地点”，这样可以认为电流全部流过Rs，而没有流入放大器，可直接读取电流的大小。利用运算放大器加模/数变换器直接测量电阻值 1v条件：运放的开环增益和输入阻抗足够大。v图1-7适用于较高阻值的场合。v改变Rs可变换量程。v图1-7的运放作为线性比例器。ssxREER0图1-7相当于图1-3（b）的电路。利用运算放大器加模/数变换器直接测量电阻值 2v条件：RsRxv图1-8可用于较低阻值的场合。将运算放大器作为电压跟随器.v图1-8中的电路相当于图1-3(a)。0EAERRssx0=+ssxxsxsEEER AR ARRR电桥法测量v是中阻测量最常用的方法，精

10、度高，测量简单。v最简单的是普通四臂电桥，如惠斯顿电桥。电桥箱式电桥滑线式电桥惠斯顿电桥v其中，R1、R2是阻值已知的固定电阻器，vRx是待测电阻，vR4是标准可变电阻器，vG为灵敏检流计，vE为直流电源电压。惠斯顿电桥v电桥平衡时，检流计中没有电流通过，即C、D两点电位相等。=ACADUU11=xxI RI R124=xI RI R 241=xRRRR142=xRRRR（1-14）比例臂的选择v调节R1/R2的比值，可提高或降低测量阻值的范围，也就是说可以扩大测量量程，通常R1臂和R2臂称为比例臂。v正确选择比例臂的比值是使测量结果精确的重要条件。测量技术142=0.01 2045.82=2

11、0.4582( )xRRRR142=1000.20=20( )xRRRR20.4582-20r =2.2%20.4582xR比例臂比值电桥读数比例臂的选择v关键：正确选择比例臂的比值。v基本思想：使所有旋钮都能读到有效数字，充分发挥电桥读数臂的所有旋钮的作用。v实际中，可查表。电桥对角线应正确连接v注意：电源对角线和指示器对角线应正确连接，一般不应对换连接。v否则，会影响电桥的灵敏度以及使保护电路失效。电桥对角线不能对换的原因1v电桥输入电阻RAB和输出电阻RCD)()()(421421xxABRRRRRRRRR)()()(421421RRRRRRRRRxxCD中阻测量中，R1、R2是两个小电