R&S®HM8118 : Mesure de capacités et d'inductances

Votre tâche

Les résistances, les capacités et les inductances sont les composants les plus basiques au sein des circuits électriques. Il faut s'assurer qu'ils fonctionnent correctement et précisément. Par conséquent, ils doivent être testés rigoureusement lors de la conception du circuit. Cela est généralement réalisé en utilisant des ponts RLC, qui sont devenus indispensables au sein des laboratoires et en production. Cette carte d'application montre comment réaliser des mesures de base de capacités et d'inductances précisément et de manière fiable.

Solution Rohde & Schwarz

Les bases de la mesure

Le pont RLC R&S®HM8118 n'est pas instrument typique basé sur un pont de Wien, Maxwell ou Thomson. Contrairement aux autres ponts RLC, il utilise un signal de stimulus AC pour mesurer l'impédance Z et l'angle de phase Φ.

Il est nécessaire de prendre en compte, lors de la réalisation des mesures, que les propriétés des composants électriques (par exemple des capacités) varient en fonction de certains paramètres, notamment la fréquence. D'autres facteurs affectent le comportement des composants comme le vieillissement, la température, une polarisation supplémentaire (bias) et les contraintes électriques.

Le circuit équivalent de chaque dispositif sous test contient des éléments inductifs, ohmiques et capacitifs. Par exemple, une capacité aura des éléments ohmiques et inductifs parasites, une inductance aura des éléments ohmiques et capacitifs parasites. Cela signifie qu'un angle de phase idéal Φ (90° = purement inductif, 0° = purement ohmique, –90° = purement capacitif) ne sera jamais atteint. Les éléments parasites conduisent à l'auto-résonance à une certaine fréquence pour chaque type de composant.

Il est également important de noter que, du fait des éléments parasites, chaque mesure sera imprécise à un certain degré, générant une erreur de mesure systématique.

Montage de test

Toujours garder à l'esprit que le montage de test peut grandement influencer la mesure. Par exemple, avec des capacités de l'ordre du picofarad, la position des pinces a une influence considérable sur le résultat de la mesure. Cela peut facilement être démontré avec l'expérience suivante, en utilisant les pinces Kelvin fournies en standard avec l'appareil :

• Tout d'abord, appuyez sur [RECALL] [9] pour réinitialiser l'instrument avec ses paramètres par défaut, puis réalisez une calibration SHORT en court-circuitant les pinces et en appuyant sur le bouton [SHORT]
• Ensuite, placez les pinces à au moins 20 cm l'une de l'autre, puis appuyez sur [OPEN] pour réaliser une calibration OPEN. Maintenant, commutez en mode C-D et maintenez les pinces de manière à ce que leurs pointes soient assez proches mais ne se touchent pas, puis regardez le résultat de la mesure. Il sera indiqué environ 3 pF, même sans qu'aucun composant supplémentaire n'ait été connecté, et que les positions des pinces n'aient été changées.

L'expérience montre qu'il est très important de choisir le bon adaptateur de test pour votre application. Le montage de test 4 bornes R&S®HZ181 est un bon choix pour les composants câblés et empêcher les problèmes de distance.

Calibration de la structure de test

Afin d'obtenir une performance et une précision optimales, il est recommandé de calibrer l'instrument sur toutes les fréquences disponibles (20 Hz à 200 kHz en 69 étapes) lors de mesures sur des appareils inconnus. Après avoir sélectionné le bon montage de test et avoir laissé l'instrument préchauffer pendant au moins 30 min, suivre les étapes suivantes pour réaliser la calibration :

• Appuyez sur [RECALL] [9] pour réinitialiser l'instrument avec ses paramètres par défaut. Pour calibrer sur toutes les fréquences, appuyez sur [SELECT] [3], changez le (Mode) en utilisant le bouton rotatif et appuyez sur ce dernier. Basculez maintenant de “SGL” à “All”, appuyez de nouveau su le bouton rotatif et quittez le menu en appuyant sur [ESC]
• Maintenant, vous pouvez réaliser une calibration SHORT en commençant par court-circuiter les pinces et en appuyant sur [SHORT]. La calibration SHORT s'exécutera en moins de 2 min
• Ouvrez alors les pinces (si vous utilisez les pinces Kelvin, assurez-vous que celles-ci soient dans une position proche de celle prévue pour les mesures) et appuyez sur [OPEN] pour réaliser une calibration OPEN. Cela prend moins de 2 min

Mesure d'une inductance inconnue

Note : des inductances contenant un cœur ferreux magnétique sont généralement utilisées pour une certaine bande de fréquence. Si une inductance est testée avec une fréquence de mesure extérieure à cette bande, les résultats peuvent être différents des spécifications de l'inductance. Cela doit être vérifié au préalable. D'abord, activez l'indicateur de niveau du signal de test :

• Appuyez sur [SELECT] [2]
• Basculez sur (Vm/Im) en utilisant le bouton rotatif
• Changez la valeur pour “ON” et appuyez de nouveau sur le bouton rotatif
• Quittez le menu en utilisant [ESC]

Maintenant, connectez l'inductance inconnue à la structure de test et basculez sur la mesure Z/Φ en appuyant sur [Z – Φ]. L'angle de phase doit être positif.

Maintenant, cherchez la meilleure fréquence d'acquisition :

• Appuyez sur [FREQ]
• Utilisez le bouton rotatif pour modifier la fréquence, tout en conservant Φ aussi proche que possible de 90°
• Appuyez sur [L – R]

L'inductance est maintenant affichée avec la résistance série. Assurez-vous que la tension ne chute pas de trop (correcte jusqu'à 35 % de la tension nominale – dans ce cas la tension nominale est de 1 V; voir le chapitre “LEV” dans le coin supérieur gauche de l'écran).

Mesure d'une capacité inconnue

Note : les capacités dorées ne peuvent pas être mesurées avec le R&S®HM8118 car le matériau est trop inerte.

Mettez sous tension l'indicateur de niveau du signal de test et connectez la capacité inconnue à la structure de test.

Basculez en mesure Z/Φ en appuyant sur [Z – Φ] (l'angle de phase doit être négatif). Maintenant, cherchez la meilleure fréquence d'acquisition :

• Appuyez sur [FREQ]
• Utilisez le bouton rotatif pour modifier la fréquence, tout en gardant Φ aussi proche que possible de –90°
• Appuyez sur [C – D]

La capacité est maintenant affichée avec la résistance série.

Assurez-vous que la tension ne chute pas de trop (correcte jusqu'à 35 % de la tension nominale – dans ce cas la tension nominale est de 1 V; voir le chapitre “LEV” dans le coin supérieur gauche de l'écran).

Informations complémentaires

Si la tension chute en-dessous de 35 % de la valeur nominale, activez le mode tension constante. La calibration réalisée précédemment reste valable lors du basculement dans ce mode.

Si le mode tension constante est actif (ON), la résistance source est préréglée à 25 Ω. La tension appliquée au composant sous test sera quasiment constante pour tous les composants disposant d'une impédance sensiblement supérieure à 25 Ω. Cela peut améliorer les résultats essentiellement pour des valeurs d'inductance plus faibles. Il est important de noter que la précision est réduite par un facteur de 2 lors du fonctionnement dans ce mode.

Il est également possible de déterminer les caractéristiques du dispositif sous test en utilisant la fréquence de fonctionnement prévue sans réglage. Avec cette approche, vous pouvez réaliser la calibration uniquement pour cette fréquence, en utilisant le mode “SGL” (menu de l'appareil “CORR” – “MODE: SGL”).

Références

• Manuel d'utilisation du R&S®HM8118
• R&S FAQ “Comment démarrer votre HM8118 en utilisant une calibration spécifique”
• R&S FAQ “Différents résultats de mesure sur la même bobine avec le HM8118”
• R&S FAQ “Le HM8118 pour utiliser un BIAS externe”