引線電阻和四線 (Kelvin) 方法

電阻測量通常使用圖 1所示的雙線方法進行。測試電流被迫通過測試引線和被測電阻 (R)。然后，儀表通過同一組測試引線測量電阻兩端的電壓，并相應地計算電阻值。

圖 1使用 SMU 儀器進行兩線電阻測量

使用兩線法進行低電阻測量的主要問題是總引線電阻 (R LEAD ) 被添加到測量中。鑒于測試電流 (I) 會在引線電阻上產生一個小而顯著的電壓降，因此儀表測量的電壓 (V M ) 不會與直接通過測試電阻的電壓 (V R )完全相同( R)，導致相當大的誤差。典型的引線電阻范圍為 1mΩ 至 10mΩ，因此當被測電阻低于 10Ω 至 100Ω（取決于引線電阻）時，很難獲得準確的兩線電阻測量值。

由于兩線方法的局限性，圖 2所示的四線 (Kelvin) 連接方法通常是低電阻測量的首選。使用這種配置，測試電流 (I) 被強制通過一組測試引線通過測試電阻 (R)，而 DUT 上的電壓 (V M ) 通過稱為檢測引線的第二組引線測量。雖然一些小電流可能會流過感應引線，但它通常可以忽略不計，并且在所有實際用途中通常可以忽略不計。感應引線上的電壓降可以忽略不計，因此儀表測量的電壓 (V M ) 與電壓 (V R) 穿過電阻 (R)。因此，與兩線法相比，可以更準確地確定電阻值。請注意，電壓感應引線應盡可能靠近被測電阻，以避免將測試引線的電阻包括在測量中。

圖 2. 使用 SMU 儀器進行四線電阻測量

熱電電壓 (EMF) 和偏移補償歐姆法

偏移補償歐姆法是一種用于最小化熱電 EMF 的技術。如圖 3a所示，源電流僅在周期的一部分期間施加到正在測量的電阻上。當源電流打開時，儀器測量的總電壓（圖 3b）包括電阻器兩端的電壓降以及任何熱電 EMF。在測量周期的后半段，源電流設置為零安培，儀表測量的唯一電壓（圖 3c）是電路中存在的任何熱電 EMF。鑒于 V EMF 在周期的后半段精確測量，它可以從周期前半段的電壓測量值中減去，因此偏移補償電壓測量值變為：

VM = VM1 – VM2

VM = (VEMF + IR) – VEMF

V M = I R并且，

R = V M / I

再次注意，測量過程取消了熱電 EMF 項 (V EMF )。

圖 3. 偏移補償歐姆法

儀器限制

即使是像 SMU 儀器這樣可以提供高達 7A 直流電流的硬件，其輸出的總功率也會受到限制，這會影響可測量的電阻值。此限制是固有設備設計的函數，通常取決于設計參數，例如儀器本身內部電源的最大輸出、儀器中使用的分立元件的安全工作區 (SOA)、儀器內部印刷電路板上金屬線的間距等。其中一些設計參數受最大電流限制，一些受最大電壓限制，一些受最大功率限制 (I×V) 限制。

圖 4顯示了 Model 2460 在不同工作點的最大直流電流和功率。例如，SMU功率包絡中的最大電流為7A（圖中A點），最大電壓為100V（D點）。SMU可以輸出的最大功率為100W，在D點（1A×100V）達到。在 A 點，功率較低，為 49W。

圖 4. 2460 型大電流 SMU 儀器功率包絡