高值电阻及其测试

时间：2012-10-13 来源：38hot 作者：lymex

序，什么是高值电阻？
高值电阻，简称高阻，就是阻值很高的电阻。
电阻的单位是欧姆（Ω），欧姆级别的、千欧（kΩ，3次方）级别的很常见，也比较好测试，而兆欧（MΩ，6次方）级别的，就可以认为是比较高的电阻了，1MΩ的电阻用模拟表测试也就能偏转一点点，常见数字表的电阻测试上限一般是20MΩ或50MΩ。厂家生产的各种电阻，大部分阻值也都在1Ω到10M之内。阻值再高的，使用面变窄，也难于测试，因此市面少见。
到底阻值大道什么程度算高阻，也是个模糊概念。粗略的说，可以认为兆欧以上的算高阻，也有把更高的例如>1GΩ（9次方）的才算成高阻。有些高档的台式万用表，的确最高可以测试1GΩ的。

至于常见的绝缘材料，电阻就非常高了。达到1TΩ（10的12次方）很常见，超过1PΩ的（10的15次方）也很多，甚至有达到10的18次方欧姆的。
下图选自Keithley—低电平测量手册中文版第74页：

当然，我对这里面的结果一直有很多疑问，例如，我测试过FR-4的环氧板，两个相临的平行线之间的电阻轻易的超出50T，这样换算成电阻率就达到10的14次方了，但图中只有9到13次方之间。
再比如，聚乙烯和特富龙的体电阻率有那么大的差别吗？达到7个数量级，那种只有11次方的不会是测量误差或者表面污染？
另外，这个表格也与前面的文字很矛盾，文字中说特富龙、蓝宝石的体电阻率大于10的18次方，而表里是小于18次方的。

上面中文的不是很清楚，看看原文，清楚的标出三种材料的体电阻率大于10的18次方。

10^18欧的绝缘体，如果加上1V电压，那电流就是1aA，每秒只有6个电子。因此测试这样的绝缘体就很难，除了要加上较高的电压外，一般需要电容积累电荷，才便于测试。

以前的电阻率单位，常用欧-平方毫米/米，因为手工计算方便，例如银的为0.016，即截面积1平方毫米、长度1米的银丝的电阻，欧。新的所谓体电阻率，单位为欧姆-厘米，可以认为是一个边长1cm的正立方体，两个相对的面之间的电阻，欧姆。是老的电阻率的万分之一，即银的低阻率为1.6×10^-6欧姆-厘米，或1.6×10^-8欧姆-米。
测试高阻的意义

高阻其实广泛存在的，各种半导电的物体、各种常见的绝缘体，其阻值都非常高，从10的8次方一直扩展到10的18次方。为了能够测试各种材料的导电特性、绝缘特性，就必须涉足高阻领域。

另外，高阻标准电阻，相关的测试方法，也是被涉足很少的领域。高阻的弱点和克服办法

1、非线性/电压系数。理想电阻本来遵从欧姆定律的，即通过电阻的电流与加在其上的电压成正比。而实际上，对于非金属材料，这个线性往往不成立，例如电压高的情况下电阻就降低。非线性一般用每伏变化多少来表示，例如1ppm/V就意味着，改变1V的电压就能使电阻改变1ppm，100V就是100ppm了，事实上，电压越高则电压系数越大。要想减少电压系数的影响，除了寻找电压系数小的电阻外，多个电阻并联也是常见的办法，这样每一只电阻的电压低了，非线性就自然减少。

2、温度系数大。事实上，即便是纯金属，温度系数也是很大的，例如铜，大约是+4200ppm/C。只有某些精心制作的电阻合金，才有比较低的温度系数。因此，高阻材料温度系数大也就不足为怪了。主电阻选定后，一般可以通过补偿法来减少温度系数。

3、随时间阻值变化大，即长时间稳定性不好。电阻本身的变化难于改变，但往往外界因素影响了电阻的变化。

4、容易受外界影响，例如湿度、气压，主要是吸水程度的不同，差别巨大。可以采取密封法来隔绝外部的影响，或者采取吸潮剂。

5、电容效应。电容广泛存在，几个pF很正常。有电容就存在充放电，有电阻存在时时间常数用R×C表示。对于小阻值电阻而言这个时间常数一般可以忽略。但到了高阻领域，例如1T，即便有1pF的电容，时间常数也达到1秒。如果电阻100T、电容10pF，那么时间常数高达1000秒，表现在测试电阻的时候，电流开始大、后来逐渐减少。如果不采取措施，将造成测试时间过长。另外，高阻电阻可以认为是多个串联的，各节点都有分布电容，这样就会造成分布时间常数，即便两端的电荷放掉但中间的电荷还存在，给测试造成困难。解决的方法之一，是逐段屏蔽。

6、表面泄露。很多情况下绝缘材料的体电阻率很高，但测试下来就是绝缘电阻不够，此时就要考虑是否为材料表面导电。材料表面很容易因为吸附灰尘、有油膜或其他脏东西而造成比内部材料强得多的导电途径，因此保持绝缘材料的干净或者经常性的清理十分必要，或者加上保护环。高阻电阻（芯）

从材料上看，到达100M及以内的，高阻可以用线绕制作。金属材料是很理想的欧姆定律服从者，而且电阻丝的温度系数和老化程度都很小，是比较理想的电阻材料。但是，高阻的情况下，线太细、线太长，绕制很麻烦，万一断掉就前功尽弃。所以，大部分场合下，线绕电阻不超过10M。阻值不够的部分可以用两个或多个串联。