受動部品のインピーダンスの測定方法

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ハンディ型LCRメーター
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試験周波数帯にわたる受動部品の測定

受動素子の測定では、素子を単一の固定値を持つ理想素子として扱うのではなく、抵抗、静電容量、インダクタンスを周波数依存のインピーダンス量として特徴づけます。この試験には、インダクタンス・静電容量・抵抗（LCR）測定器、適切なテストリードまたは素子用固定具、および短く再現性のある電気的経路で接続された被測定デバイスが必要です。 測定の前に、部品の予想されるインピーダンスに応じて、適切な試験周波数、測定機能、および等価回路表現を選択します。 LCRメーターは、被測定デバイスに交流試験信号を印加し、その結果生じる電圧と電流の関係を評価して電気インピーダンスを決定します。インピーダンスには、主に抵抗に関連する実部と、容量性または誘導性リアクタンスに関連する虚部が含まれます。これらの測定値から、測定器は抵抗、静電容量、インダクタンス、インピーダンスの絶対値、位相角、等価直列抵抗、散逸係数、品質係数などのパラメータを算出します。 抵抗測定の場合、主要な測定結果は部品の抵抗成分を表しますが、二次的なパラメータからは、高周波数域でより顕著になるリアクタンス特性が明らかになります。静電容量測定では、測定器は容量性リアクタンスを評価し、選択された試験周波数と回路モデルを用いて、測定されたインピーダンスを等価静電容量値に変換します。インダクタンス測定においても、同様のプロセスで誘導性リアクタンスを用いて等価インダクタンス値を算出します。 複数の周波数でインピーダンス測定を行うことで、リアクタンスが変化するにつれて各部品がどのように振る舞うかを体系的に観察することができます。抵抗値は測定範囲全体を通じて比較的一定に保たれる一方、容量性リアクタンスは一般的に周波数の上昇とともに減少し、誘導性リアクタンスは一般的に増加します。これらの変化を位相や二次パラメータと併せて測定することで、実際の部品の挙動と、予想される直列または並列の等価回路の応答とを比較するための一貫した方法が得られます。

また、測定セットアップでは、LCRメーターと被測定デバイス間の接続によって生じる電気的な影響も考慮する必要があります。テストリード、ケーブル、アダプター、フィクスチャ、接触抵抗、浮遊容量、残留インダクタンスは、その影響を最小限に抑えるか補償しない限り、測定されるインピーダンスの一部となる可能性があります。接続は短く、機械的に安定しており、測定ごとに一貫性を保つ必要があります。また、選択するフィクスチャは、部品のパッケージおよび予想されるインピーダンス範囲に適合するものでなければなりません。 測定システムにオープン、ショート、またはその他の補償機能が備わっている場合は、部品に使用されるのと同じ配置でフィクスチャを設定し、適切な補正を行う。オープン補償は、フィクスチャの静電容量などの浮遊アドミタンスの影響を低減でき、ショート補償は、リード線、接点、およびフィクスチャの導体に関連する残留直列インピーダンスを低減できる。 補償後、フィクスチャの形状を変更せずに部品を接続し、必要な周波数と測定パラメータを選択して、一次抵抗、静電容量、またはインダクタンスの結果を、評価に必要な二次量とともに記録します。周波数ごとに測定を繰り返すことで、インピーダンスの絶対値、位相角、損耗係数、品質係数、または等価直列抵抗の変化を、予想される等価回路の挙動と比較することができます。 実際のコンデンサには直列抵抗や寄生インダクタンスが生じることがあり、実際のインダクタには巻線抵抗や寄生容量が含まれることがあるため、周波数の変化に伴い、測定値が部品の公称値から逸脱する可能性があります。 したがって、完全なLCRメーターのワークフローでは、制御された試験条件下で、抵抗測定、静電容量測定、インダクタンス測定、およびインピーダンス測定を組み合わせて行います。測定周波数、フィクスチャ構成、補償状態、接続方法、および等価回路の選択を一貫して維持することで、各測定が行われた電気的条件を保持しつつ、個々の部品、部品値、生産サンプル、または繰り返されるベンチ測定間で結果を比較することが可能になります。

受動部品のインピーダンス測定ソリューション

受動素子のインピーダンス測定を行うには、所定の周波数で制御された交流試験信号を印加し、適切なフィクスチャまたはリードセットを介して被測定デバイスを接続し、測定インターフェースの補償を行い、抵抗、静電容量、インダクタンス、およびインピーダンスの挙動を表す電気的パラメータを測定する必要があります。 キーサイト社のZA1シリーズ ハンドヘルド型静電容量・LCRメーターは、100 Hz、120 Hz、1 kHz、10 kHzの選択可能な試験周波数において、抵抗測定、静電容量測定、インダクタンス測定、およびインピーダンス測定を行うために必要な機能を備えています。 これらの周波数設定により、エンジニアは異なる励起条件下での部品の挙動を比較し、容量性リアクタンス、誘導性リアクタンス、および寄生効果によって引き起こされる変化を観察することができます。 このソリューションは、主要な部品測定に加え、インピーダンス、等価直列抵抗、損耗係数、品質係数、位相角などの二次パラメータもサポートしています。自動識別機能により、接続された部品に対して、二次パラメータに関連する適切なL、C、またはRの測定機能、および直列または並列の測定モードを選択できます。 再現性のある結果を得るためには、測定前に測定インターフェースの補償を行い、残留抵抗、浮遊容量、リードインダクタンスの影響を低減するために、接続を短く、安定させ、一貫性を保つ必要があります。これにより、エンジニアは周波数帯域にわたって一次測定値と二次測定値を比較し、部品が期待される等価回路の挙動にどの程度準拠しているかを評価できます。この受動部品インピーダンス測定ソリューションは、抵抗器、コンデンサ、インダクタの制御された特性評価、トラブルシューティング、入荷検査、およびベンチ検証をサポートします。
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