我们把使用振荡器进行几Hz 至 5 MHz 的频率测量认为是低频测量。

电容表工作原理

对于许多人来说，电容表的工作原理似乎很神秘。其实自动平衡电桥电路的基本原理并不难理解。请参看从下面的电路图。

上图— 自动平衡电桥电容测量方法

可把自动平衡电桥看成是一个运算放大器电路。它适用于欧姆定律: V = I×R。器件受交流信号激励，在H端(高端)监视施加到器件上的实际电压。在L 端(低端) 由运放虚地 0 V 驱动。通过量程电阻器的电流 I2 等于通过 DUT 的电流。因此，输出电压正比于流过器件的电流。自动平衡的电压和电流引出了它的名称。为覆盖宽频率范围，用检流计和调制器代替实际电路中的放大器。电容表的四个输入端定义如下:

Hc: 信号源

Hp: 电位计

Lc: 电流表

Lp: 锁定测量信号相位的电位计

4TP测量方法

使用自动平衡电桥电容表的最常用测量技术是 4 端对 (4TP) 测量方法。这里 HC 端和HP 端短路，LC 端和 Lp 端短路，如下图所示。

上图 — 四端对 (4TP) 测量方法(包括寄生成分)

Hp 和 Hc 端通常用作 CMH (电容表高) 连接，Lp 和Lc 端通常用作 CML (电容表低) 连接。这里存在测量路径(电缆) 中的残余电感和电阻，还存在电缆间及 DUT 与地之间的杂散电容(如上图所示)。用户必须执行测量路径(电缆) 补偿，以消除这些寄生元件的影响，否则会极大降低测量的准确度。

4TP 方案中的 CML 端为虚地，绝不要把该点接地。把 CML 端接地将破坏自动平衡电桥电路的平衡而造成测量误差。电容电缆的外导体(屏蔽) 有与虚地同样的电位，同样需要把它浮置起来。此外，四个外屏蔽应在带短电缆的探头前接到一起。这样就能为屏蔽中的感应电流建立返回路径，从而稳定电缆中的串联电感。如果没有短路外屏蔽和稳定串联电感，布线状况的变化将导致电缆电感的很大变化，从而使任何电缆补偿立刻无效。

探测器补偿的重要性

对电容表来说，“校准平面”定义了用户能获得电容表规定测量准确度的那一点(通常指电容表的 BNC 输出)。当然在参数测试中，我们需要用电缆测试 DUT。对于 4TP 测量方法的情况，测试夹具(布线) 中的残余寄生成分将带来各种误差源。

上图 — 为进行通过测试夹具(布线) 的精确电容测量，必须计入测试夹具残余参数的影响

为去除这些测试夹具残余参数的影响，我们进行如下所示的两次测量: 一次测试端开路，一次测试端短路。

上图— 使用开路/短路补偿确定测试夹具残余参数

有了这两个值，我们就可按下面的公式，由测量值 (Zm) 计算真实值Zdut。

下图 — 用开路值和短路值计算真实值 Zdut

除了开路/短路电缆补偿外，在进行第一次测量前始终应先进行相位补偿(如果支持这一特性)。相位补偿可改进高频时的电桥平衡稳定性，把因频 率和电缆长度变化造成的相位漂移影响减到最小。相位补偿应在开路/短路电缆补偿前执行，除非改变测量配置，否则一般不需要做第二次。在相位补偿时要把 Lc 和 Lp 端短路。执行相位补偿的步骤因仪器而异，因此您需要参看仪器手册，了解如何正确执行相位补偿(如果仪器支持该特性)。

上图— 相位补偿计算改进稳定性和相位精度的调零环路特性

对于 5 MHz 及以下的测量，并非一定要进行负载补偿，在这样的频率下它对测量准确度的影响决定于所使用的夹具。