作者：實作派
如果你拿到一個超小阻值的小電阻，該怎麼測量它的電阻呢？由於使用三用電表測量的下場只能得到 0，這時就需要用到 LCR 測試儀（LCR Meter），它沒有中文名稱，硬要翻譯的話我會稱它被動元件測試儀，因為它不只能測試電阻，其它如電容、電感都能夠測量，而這些元件都屬於被動元件的範疇。
如下圖我手上有一顆 0.15 Ω 的小電阻，形狀完全不是傳統葫蘆狀的炭膜電阻，有點像斷了一隻腳的電晶體；不要懷疑，它其實就是一顆扎扎實實的電阻，只是因為它阻值小所以使用上可預期的電流會很大，做大顆一些比較好散熱。
0.15 Ω 的小電阻（圖片來源：實作派提供）
小電阻可以偵測電流
到底是什麼應用需要用到這麼小的電阻呢？答案是電源的電流偵測，大家都知道 V=IR，電流越大電壓差就越大。為了偵測電流，我在電流路徑上安插一個電阻，刻意造成壓差，好讓偵測電路判斷電流大小；若電源電壓是 12 V，安全電流設定為 2 A，那我會設計從 12 V 偷個 0.3 V 來用，利用 0.3 V 來偵測電流，這理論上不會影響 12 V 的負載，所以這時需要串接多大的電阻呢？就是 ，如果要偵測的電流越大，你需要的電阻就會越小，不然電壓都被吃光了。
LCR Meter 測量小電阻
我拿了三用電表來測量這顆 0.15 Ω 的電阻，結果只看到一個數字，那就是 0 Ω，所以我連圖也都懶得放了。一般的三用電表採用的是二線式的測量方式，且裡面的線路並非針對精密的電壓電流設計，因此電阻值越低，電表讀值的準度就越差，通常在 30 Ω 以下就會嗶嗶叫。
這時候就需要用到 LCR Meter，它採用的是四線式的測量方式，且測試用的電壓電流有精密的控制迴路，因此可以輕易的去得正確的阻值。有關四線式測量會較精準的原因，請參考這篇低電阻測量-四線式精準測量 0.01 Ω 的原理，這裡我只說明 LCR Meter 的使用方式。
HIOKI 3522-50 LCR Tester（圖片來源：實作派提供）
四線式接線
四線式的四個接頭，分別敘述如下：
- H cur
High Current 電流輸出端 - H pot
High Potential 高電位測量端 - L pot
Low Potential 低電位測量端 - L cur
Low Current 電流回流端
最外面兩個 H cur 與 L cur 用來提供電流迴路，裡面兩個 H pot 與 L pot 用來測量電壓，電流迴路流經的電流會遠大於電壓迴路，因此 LCR Meter 才能精準得到電阻值。
LCR Meter 的四個接頭（圖片來源：實作派提供）
原本應該要有一種稱為 Kelvin Clip 的夾子來作為待測物的夾具，但目前我手邊沒有，所以我拿了一對兩頭都是 RCA的音源線來 DIY。把線材切成一半之後，就有了四個 RCA 接頭，只要抽出其中的訊號線兩兩相接，就不用隔離層了，於是一組稱為 H（High），另一組稱為 L（Low），這兩組線的接點即是用來接待測電阻的點，最後再拿四個轉接頭將四個 RCA 插上 LCR Meter 的 BNC 接頭，就完成接線了。
準備拿來當四線式測量的 RCA 線材（圖片來源：實作派提供）
Open/Short 補償校正 Calibration
各位用三用電表有每年做校正嗎？我自己沒有，因為通常都只拿它來量個大概嘛，但是 LCR Meter 這種精密儀器，除了每年要拿回原廠校正外，使用之前絕對要做 Open/Short 的補償校正，因為導線本身就含有阻抗，電流路徑中各種金屬接頭的介面也存在接觸阻抗，所以在測量低電阻時，一定要做 Short 測試，把電流路徑上的阻抗測量出來，將來才可以減掉降低誤差。
所以我先將兩組線的測試點接在一起，做 Short Calibration，其實就是四條線全接在一起，下圖我是用 OK 線將兩組線先纏在一起，接觸面積越多越好。
Shorted cable for short calibration（圖片來源：實作派提供）
我這樣做看起來很醜，因為手邊沒有夾子只好土法煉鋼，正規的做法是需要使用夾子夾住又粗又短的導線來做 short calibration。
Short calibration by Kelvin clip（quote from Hioki 3522-50 manual）
我在這裡沒有做 Open Calibration，因為待測物的電阻很小，而且我沒有要測量 L 或 C，開路電阻無論如何都遠大於待測物，因此可以不用做，但如果你的測量對象是電容電感等儲能元件，你還是要做 Open Calibration，因為兩組線之間的距離會影響 C，導線長度與布線形狀會影響 L。
以下是 Short 校正選單。它有分全頻與單頻，由於全頻要 scan 很久，我就任意選了單頻設定為 60 Hz 就 RUN 了，如果你的電路工作頻率是非常要求的，那麼對於頻率的選擇就要考究了。
Short 校正選單（圖片來源：實作派提供）
比起之前短路時螢幕上出現 10 mΩ 的阻值，做完 Short 之後果然電阻變得非常小，0.08 mΩ 真的很不可置信的小，但不可否認要讓它變為 0 是有點困難的，儀器畢竟有它的極限。
做完短路校正後，短路時電阻果然小很多（圖片來源：實作派提供）
超大的電容怎麼回事？
除了電阻之外，你是否也注意到了螢幕中出現了超大的電容 28 F，這是怎麼一回事？我沒有接電容啊？回想一下電容的阻抗公式：
當待測物是短路時 Z 很小，等效的 C 就會非常大，有回想起來了嗎？
小電阻 150 mΩ 測量
終於要正式來測量了，所以把剛才短路的接點拆開，把兩組線分別接上 150 mΩ 電阻的腳位上，我手邊沒有夾子，所以仍然只用 OK 線繞一繞，越多圈越好，這樣才能增加接觸面積，雖然有點慢有點醜，只要結果是正確的，一切就都值得了。
將 H 與 L 兩組線分別接上電阻做測量（圖片來源：實作派提供）
接好後畫面的讀值如下，我們得到 150.30 mΩ，算是預期中的結果，我同時也試過電容/電感，基本上讀值都與標示是相符的。
小電阻的讀值（圖片來源：實作派提供）
Serial 與 Parallel 等效電路
你一定有發現 LCR Meter 的螢幕上出現的電容/電感值，都帶了 s 或 p 的下標，這是因為 LCR 將待測元件以下列兩種方式來等效，要選哪種模型就看你的需求，至於 LCR 是如何將串聯或並聯的電抗算出來的，我沒有去深究，這應該算它的營業祕密吧。
LCR待測物的等效模型（圖片來源：實作派提供）
通常電抗高會適合 Parallel 等效模型，而電抗低會適合 Serial 等效模型，如果畫成趨勢圖就會是這樣。這只是建議沒有一定要如何，完全看自身的需求而定。
LCR equivalent model guide line（quote from Techni-Tool doc）（圖片來源：實作派提供）
（本文經同意轉載自實作派電子實驗室、原文連結；責任編輯：賴佩萱）
- 【實作實驗室】分配器效能測試 - 2024/12/30
- 【實作實驗室】頻道功率怎麼測？有線電視頻譜長這樣！ - 2024/12/12
- 【實作實驗室】無線滑鼠游標定格，電源開關更換 DIY - 2024/11/12
訂閱MakerPRO知識充電報
與40000位開發者一同掌握科技創新的技術資訊！
