测试条件对电容器电性参数值的影响
第３４卷第５期２００８年９月
中国测试技术
ＣＨＩＮＡＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ＆ＴＥＳＴＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．５Ｓｅｐｔ．２００８
测试条件对电容器电性参数值的影响
张文英１，柴彦清
摘
２
（１．宁夏星日电子有限公司，宁夏石嘴山７５３０００；２．神华宁夏煤烯烃公司，宁夏银川７５００００）
要：针对同一只电容器因测试条件差异其四个电性参数测试值差别较大的状况，分析讨论了影响电容器电性
参数值准确测量的主要因素及解决方法，指出影响电容器准确、可靠筛选测试的主要条件为测试信号、接线方式、等效输出方式、清零、充电状态及测试时刻。了解这些影响，对电容器生产单位来说可以控制生产工艺，生产出满足用户特定要求的产品；对电容器使用单位来说，可以控制测试条件，选择到最适合本单位使用要求的电容器。关键词：电容器；容量；损耗；ＥＳＲ电性参数；漏电流中图分类号：ＴＭ５３；ＴＭ９３０．１１４
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－４９８４（２００８）０５－０１３０－０３
Ｉｍｐａｃｔｏｆｔｅｓｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎｃａｐａｃｉｔｏｒｅｌｅｃｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ＺＨＡＮＧＷｅｎ－ｙｉｎｇ１，ＣＨＡＩＹａｎ－ｑｉｎｇ２
（１．ＮｉｎｇｘｉａＸｉｎｇｒｉＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｚｕｉｓｈａｎ７５３０００，Ｃｈｉｎａ；
２．ＳｈｅｎｈｕａＮｉｎｇｘｉａＣｏａｌａｎｄＯｌｅｆｉｎＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｙｉｎｃｈｕａｎ７５００００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｔａｔｕｓｔｈａｔｔｈｅｆｏｕｒｅｌｅｃｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓａｍｅｃａｐａｃｉｔｏｒｈａｖｅｗｉｄｅｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖａｌｕｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｅｓｔｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆｃａｐａｃｉｔｏｒｅｌｅｃｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｈｅｉｒｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｏｌｖｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｍａｉｎｔｅｓｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｎｇｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｃａｐａｃｉｔｏｒｓｗｅｒｅｔｅｓｔｉｎｇｓｉｇｎａｌｓ，ｗｉｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｏｕｔｐｕｔ，ｒｅｓｅｔ，ｓｔａｔｕｓｏｆｃｈａｒｇｉｎｇ，ａｎｄｔｉｍｅｏｆｔｅｓｔｉｎｇ．Ｉｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｓｅｆａｃｔｏｒｓｆｏｒｔｈｅｃａｐａｃｉｔｏｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｕｎｉｔｓｂｅｃａｕｓｅｔｈｉｓｗｏｕｌｄｈｅｌｐｔｈｅｍｔｏｐｒｏｄｕｃｅｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙｐｒｏｄｕｃｔｓｔｏｍｅｅｔｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ｉｔｉｓａｌｓｏｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｔｈｅｃａｐａｃｉｔｏｒｕｓｉｎｇｕｎｉｔｓｂｅｃａｕｓｅｔｈｉｓｗｏｕｌｄｈｅｌｐｔｈｅｍｔｏｃｈｏｏｓｅｔｈｅｍｏｓｔａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｃａｐａｃｉｔｏｒｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃａｐａｃｉｔｏｒ；Ｃａｐａｃｉｔｙ；Ｗａｓｔｅ；ＥＳＲ；Ｌｅａｋａｇｅｃｕｒｒｅｎｔ
１引言
器四个电性参数与测试条件的关系十分必要。
电容器在电子线路中的基本作用为通交流、阻直流。通常起滤波、旁路、耦合、去耦、转相、储能、温度补偿、计时、调谐、整流等电气作用。电容器的容量、损耗、漏电流、ＥＳＲ是四个基本的电性参数。在集成电路、超大规模集成电路广泛应用的今天，电容器作为一种分立式无源元件仍然大量使用于各种功能的电路中。根据在各领域所起作用不同，选择者关注的电性参数指标也有所不同。无论你要用到电容器的那方面功能特性，对其进行可靠筛选测试都是必须的。测试条件对测试值影响较大，同一规格的产品由于选择不同的测试条件，即使在同一测试设备上测试，结果差异也较大。因此研究电容
收稿日期：２００８－０４－２４；收到修改稿日期：２００８－０６－３０作者简介：张文英（１９６９－），女，宁夏石嘴山市人，工程师，主要从事电容器生产线监测与测量装置的设计、改造、维护及计量工作。
２测试条件对结果的影响
２．１测试信号
２．１．１测试信号的质量及大小
所有测试电容器容量、损耗、ＥＳＲ的设备的基本原理都十分相似。先产生一个正弦波测试信号，加到被测产品上，再对产品两端的信号在ＣＰＵ的控制下进行电压、电流取样，计算、比较、分选、显示。测试设备所产生的正弦测试信号的好坏直接影响测试效果。通过对多种设备进行分析、测量、比较发现设备本身产生的测试信号稳压效果、带负载能力都对测试结果影响较大。如，同样一只产品加在性能差的设备上，其测试信号幅值和波形就要改变，而在性能好的设备上其幅值和波形都不会改变。下面是从多支产品，多次试验中任选的一组数据，如表（以１０μ１ＦＣＢＢ电容和１Ω高频电阻做为ＥＳＲ被测件）测试过程中除改变测试信号的大小外，其它
第３４卷第５期张文英等：测试条件对电容器电性参数值的影响
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表２
测试数据表
加１．５Ｖ偏压时的测试结果容量ＣＳ
损耗Ｄ
测试条件保持一致。
表１
测试信号（Ｖ）ＥＳＲ值（Ω）
测试数据表
性能好的测试设备
不加偏压时的测试结果容量ＣＳ
损耗Ｄ
性能差的测试设备
电容值（μＦ）
ＥＳＲ１．８７Ω
ＥＳＲ２．２５２０Ω
ＥＳＲ值（Ω）电容值（μＦ）０．９３２１０．９３２１０．９３２１
１０．２３２１０．２３０１０．２３１
９．５３９３ｕＦ１．５９％９．５２３３ｕＦ１．３５％
１．０Ｖ０．３Ｖ０．１Ｖ
１．０５５９１．１２３３１．１１７５
１０．２２７１０．２３２１０．２１６
备注：测试采用ＨＰ４２６３Ｂ型测试仪；测试样品采用ＤＩＰ型１６Ｖ
１０ｕＦ；测试信号频率为１２０Ｈｚ，有效值为１Ｖ。
电压系数并不象电阻那样好。当一个两端无电压时阻值为１．００ｋΩ的电阻被加以１０Ｖ电压时，其实际电阻值变为１．００５ｋΩ，只有０．５％的变化，有些电阻制造商还可以提供电压系数曲线供使用者参考。相比之下电容的电压系数则差强人意，这种性能类似于记忆效应，表现为已被放电的电容仍持有一些电荷，信号电流流过电容时，会在电容器的ＥＳＲ上产生电压。ＥＳＲ的非线性达到一定程度就会使非线性失真恶化，严重影响产品的使用效果。
频从多台不同型号的测试仪结果看，幅值不同、率相同的测试信号对电容器的容量损耗的影响不大，其误差可以控制在±０．５％以内。对ＥＳＲ的影响较大，但性能好与差的设备价格比大概是１０∶１，考虑性价比及用户要求的电容器特殊性能，选择合适的测试设备，尽而正确选择测试条件。
２．１．２测试信号的频率
在所有测试条件中，测试频率是对测试结果影
２．２被测件的接线方式
被测件的接线方式是指被测产品接入测试仪
响最大的量。尤其明显的是对损耗Ｄ和ＥＳＲ的影响。电容器的损耗是将一只实际的电容器等效为纯电阻与纯电容的组合，电阻上耗能为ＰＲ与电容上的储能ＰＣ之比Ｄ＝ＰＲ／ＰＣ，在串联等效时Ｄ＝ＲＳ／｜ＸＳ｜，其中ＸＳ＝１／２πｆ。假设随频率升高ＲＳ不变，那么Ｄ随频率升高而增大。当然，也有的电容器Ｄ是随测试频率升高而减小的，此时就不能假设ＲＳ不变。电容器的损耗值和测试频率的变化趋势与电容器内部结构有关，这种变化趋势靠电容器的工艺来控制。对生产电容器的单位来说需在产品样本中注明本单位产品的测试频率。对使用单位来说可以根据使用要求，最好选择合适的测试频率并使被测产品的交流阻抗（随频率变化）正好落在测量仪器基本稳定性最量程的１／３与２／３之间，这是精度最高、好的区域。
四端、五端法。一般较精确测试器的方式，有三端、
基本上采用四端或五端测试方法。四端与五端的差别在于连接被测件的测试屏蔽层是否与测试机的地相连。五端法可以减少杂散电容的影响和电磁干扰，受条件限制，多数采用四端测试。测试机的四端分别为驱动端和检测端（取样端），对测试者来说分为两个高端和两个低端。正确的四端测试方法是两个高端分别接到被测电容器Ｃｘ的一个极上；两个低端也分别接到电容器的另一个极上。受测试夹具和测试针的影响，实际的测试几乎没有准确的四端测试。现实接法是将两个高端先接一起，再接到电容器的一个极上。两个低端也一样。如图１所示。
Ｃｘ
高端高端
低端低端
高端高端
（ｂ）现实的四端测试
Ｃｘ
低端低端
２．１．３测试信号中的偏压
加偏压就是在给被测电容器加入一定大小、频
率的交流测试信号的同时（或之前）给被测件加上直流电压，使交流测试信号整体上移。这样测试的目的是使电容器的测试条件比较接近电容器的实际使用条件，更容易筛选出适合你使用的电容器。通过多次的实际测试发现在大多数情况下同一支电容器在加偏压测试时其损耗、ＥＳＲ都比不加偏压时偏小，偏小量与产品类型、结构、正负极材质以及所加偏压的大小有关。下面的测试数据是其中任选的一组。
尤其在音频效果方面使用的电容器，其损耗，
（ａ）正确的四端测试
图１电容器测试现实接法
这种现实的接法对于＜５０ｕＦ的电容影响不大，误差在±０．５％以内，但对于＞５０ｕＦ的电容影响较大。解决的办法是尽可能地形成四端测试。让两个高端和两个低端在尽可能接近被测产品处接到一起，并通过清零消除剩余误差。做到更换夹具要重新清零。
２．３等效输出方式
实际使用中的电容器毕竟是非理想有漏流、损
ＥＳＲ必须在偏压下进行合格品选择。因为电容器的
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中国测试技术２００８年９月
耗的实际阻抗元件。它可以用理想的电容器和电阻串联或并联来模拟。测试设备所检测到的容量值可以是等效串联方式下的容抗值ＣＳ或等效并联方式下的容抗值ＣＰ。ＥＳＲ也就是电容器的等效串联电阻
时清零数据是否有效受清零开关的控制。当开关有效，测试机显示的结果就是实测数据与清零数值的代数和；反之，显示结果与清零数值无关。清零数据的大小直接影响测量结果，这也是测试过程中经常遇到的问题。机内清零数据过大或过小造成测试不准确，这种影响主要表现在ＥＳＲ和损耗的测试。要避免这种影响，就必须掌握正确的清零方法、准确使用清零开关，并配标准电容器对测试设备进行随时监控。
ＲＳ，ＥＰＲ也就是等效并联电阻ＲＰ。同一支电容器测试设备采用何种等效方式输出其ＣＳ和ＣＰ是有区别的，ＲＳ和ＲＰ也是有区别的。如图２公式说明。
Ｒｐ
Ｄ＝１／２пｆＣｐＲｐ
Ｃｐ
等效并联方式
ＣＳ＝（１＋Ｄ２）／ＣｐＲＳ＝Ｄ２Ｒｐ／（１＋Ｄ２）
２．５充电状态及测试时刻
如图３将被测电容器接入测试设备上后，首
先进行充电，由于电容器两端的电压不能突变，
ＣＰ＝ＣＳ／（１＋Ｄ２）ＲＰ＝（１＋Ｄ２）／Ｄ２ＲＳ
ＲｐＣｐ
Ｄ＝２пｆＣＳＲＳ
等效串联方式
（１－ｅ－ｔ／ＲＣ）；ｉ＝Ｕｅ－ｔ／ＲＣ／Ｒ。电容器充电时电压ＵＣ从ＵＣ＝Ｕ
零以指数关系逐渐上升到电源电压Ｕ，而充电电流由最大值Ｕ／Ｒ逐渐减小。理论上，只有时间无限长时，电容器上的电压才能达到电源的端电压，充电电流才能趋于零。但实际上，充电时间ｔ＝４ＲＣ－５ＲＣ时，电容器两级板上的电压ＵＣ就可以近似认为达到稳定，充电电流ｉ就接近零，充电过程结束，可以进行测试。以充电电阻Ｒ＝１ｋΩ，测试１００ｕＦ电容器时，其充电时间实际需要ｔ＝４×——１×１０３×１００×１０－６—（０．４－０．５）ｓ。一般测试漏电流的５×１×１０３×１００×１０－６＝
设备其充电电阻一般都小于５ｋΩ，所以用户应该根据所测产品容量的大小选择不同的充电时间，以保证在充满电的情况下（ＵＣ接近额定电压，充电电流ｉ就接近零）进行漏流测试。
产品从充满电到转入测试取样状态后，随时间的增加产品的漏电流值成下降趋势。下降的速度因
充电电阻
图２等效输出方式图示说明
从上面的公式来看Ｄ２越大，ＣＳ和ＣＰ的差别越大，当Ｄ＝１时，两者差别在１００％。至于采取何种等效方式来测量应从下面几方面来考虑。
（１）产品需求方的要求（如用于信号耦合最好选串联，用于ＬＣ谐振则选用并联方式）或企业执行标准的规定。
（２）两个不同的测试频率下损耗的变化趋势来决定，若测试频率升高其损耗也增加应选择串联等效方式来测量（这也是大部分产品的实际情况）。若测试频率升高而损耗减小则应选用并联等效方式。
（３）根据元件的阻抗值来判断
（较大电容）使用串联形式｜ＺＸ｜＜１０Ω，即低阻抗
０充电Ｕ
０放电
＋ＵＣ（ａ）电容器充、放电电路
１２０Ｈｚ下Ｃｘ＞１３２．６９ｕＦ；
高阻抗（较小电容）使用并联形式｜ＺＸ｜＞１０ｋΩ，即１２０Ｈｚ下Ｃｘ＜０．１３ｕＦ；
在１０Ω＜｜ＺＸ｜＜１０ｋΩ之间可根据实际情况采用两种方式均可。
（４）片式（ＳＭＤ）电容器一般采用并联方式同一支产品在不同测试机上或在同一测试机不同等效输出方式下测试其数值肯定不一致。因为常常是同一产品的ＣＳ与Ｃｐ相比。
０．５Ｕ
ＵＣｉＵ
ＵＣ
２．４测试设备的清零状态及清零数值
为保证测试仪器的准确度，需要清除测试导
０．５ｓ
１ｓ
ｉ
ｔ
线、夹具、杂散电容、杂散电感、引线电阻等对测量结果的影响，实现的方法是对测试仪器进行正确清零。清零数值存于机内可电擦除的ＥＲＯＭ中，测试
２
（ｂ）充电时电容器端电压ＵＣ和电流ｉ的变化曲线
图３电容器充、放电示意图及变化曲线
（下转第１４０页）
１４０
Ｉ＜０成立所以有Δ
ΔＩｓ
中国测试技术２００８年９月
（算质量差值的计算公式中的第二项
ΔＩｍ）直
ΔＩｓ
ｍｃｓ
Ｉ根据本文介绍的方法进行判定，公式Δ
接做出“＋”、“－”选择，而不必另行判断。该方法经实际操作验证后，说明是正确、可行的。最后提醒注意的是：对于机械天平，以上讨论是基于ＪＪＦ９９－２００６《砝码》检定规程中要求的感量小砝码ｓ加放在标准砝码（或被检砝码）一侧。对于单向标尺天平，当（或被检砝码）与替代砝码平衡于零点附标准砝码
近时，加感量小砝码“ｓ”后天平不能读取数值，建议（或被检砝码）与配调整配衡物的质量，使标准砝码
衡物平衡于满刻度附近，加放感量小砝码ｓ后，天平平衡于零位附近。这样做不但可以按上述讨论直接计算，不必单独考虑符号问题，更主要的是可以有效地减少天平因左右灵敏度不一致（偏感）而引入的测量误差。
参考文献
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姚
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ｓ
前取“－”号，根据规程实际的计算结果与本文介绍的方法所判定的结论一致。
（ｂ）当ΔＩ＝ＩＢ－ＩＡ＜０时，实测数据如下：
ＩＡ１＝１０．０分度，ＩＢ＝＋８．０分度，ＩＡ２＝１０．２分度
ｍｓ＝２．００ｍｇ，Ｉ（Ａ＋Ｓ）＝＋６．０分度则：ΔＩ＝ＩＢ－ＩＡ＝８．０－（１０．０＋１０．２）／２＝－２．１＜０ΔＩｓ＝Ｉ（Ａ＋Ｓ）－ＩＡ＝６．０－１０．２＝－４．２＜０Ｉ＞０成立有Δｓ
Ｉｍｃｓ前取根据本文方法进行判定，公式Δｓ
“＋”号，根据规程实际的计算结果与本文介绍的方法所判定的结论一致。
４结束语
通过以上讨论分析可以知道：在ＪＪＦ９９－２００６
《砝码》检定规程中，对于质量差值和折算质量差值的计算公式的第二项前的符号判定，无论是机械天平、电子天平和质量比较仪都可以在计算时通过代
Ｉ＞０或ΔＩ＜０的判定，对质量差值和折数运算即Δ
ΔＩｓ
ΔＩｓ
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第１３２页）
参考文献
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产品而异。所以，产品充电后的取样时刻也比较关键。尤其一些自动测试设备其充电和测试工位是不同的，从充满电后到测试采样每只产品的时间都不尽相同，很难有统一的比较标准。手动测试机采样时刻因人而异，也很难统一。所以要保证漏电流测试的绝对一致，得到相同的漏流值也是不可能实现的。因此，要在产品规范或样本中说明漏电流的测试时限，即不大于某一时间的合格品数值。
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３结束语
了解测试条件对电容器四个电性参数的影响，
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对电容器生产单位来说可以控制生产工艺，生产出满足特定用户要求的产品。对电容器使用单位来说，可以结合本单位工作领域以及电容器在电路中所起的具体作用，控制测试条件，选择到最适合本单位使用要求的电容器。当然，影响电容器其他性细致、广泛的研究。能的条件还很多，需要更深入、
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