Keysight 4294A là máy phân tích trở kháng chính xác dải 40 Hz – 110 MHz, dùng kỹ thuật cầu tự cân bằng (auto-balancing bridge), độ chính xác cơ bản ±0,08%. Nhiều phòng lab tại Việt Nam vẫn đang vận hành 4294A, nhưng Keysight đã xếp model này vào nhóm ngừng sản xuất (obsolete) và chỉ định E4990A là máy thay thế. Bài này đi thẳng vào thực hành: cách chuẩn bị đồ gá và bù sai số, rồi ba bài đo hay gặp nhất là tụ điện, cuộn cảm và bộ cộng hưởng áp điện. Số liệu lấy từ trang sản phẩm Keysight và Product Note 4294-1 của Agilent.
Keysight 4294A là gì và tình trạng hiện nay
4294A không phải máy đo LCR thông thường. Máy đo LCR chủ yếu đo ở một vài tần số cố định; 4294A là máy phân tích trở kháng, quét tần số tới 801 điểm và hiển thị đặc tuyến |Z|, θ, C, L, D, Q theo tần số. Vì vậy trong bài này chúng tôi gọi đúng tên: máy phân tích trở kháng Keysight, thay vì “LCR meter”.
Về tình trạng: trang sản phẩm Keysight ghi 4294A là obsolete và nêu E4990A (20 Hz tới 10/20/30/50/120 MHz) là model thay thế. Máy đang có vẫn dùng được cho các quy trình dưới đây; đầu tư mới nên chọn E4990A. Trang Máy phân tích trở kháng Keysight 4294A trên website Techmaster cũng đã ghi rõ thông tin này.
4294A thông số cần nắm trước khi đo
Bảng dưới tóm tắt thông số Keysight công bố cho 4294A, đặt cạnh E4990A để đối chiếu.
| Thông số | Keysight 4294A | Keysight E4990A |
|---|---|---|
| Dải tần | 40 Hz – 110 MHz | 20 Hz – 10/20/30/50/120 MHz (theo tùy chọn) |
| Độ chính xác cơ bản | ±0,08% | ±0,08% (điển hình ±0,045%) |
| Mức tín hiệu đo | 5 mVrms – 1 Vrms; 200 µArms – 20 mArms | 5 mVrms – 1 Vrms; 200 µArms – 20 mArms |
| DC bias tích hợp | 0 – ±40 V; 0 – ±100 mA | 0 – ±40 V; 0 – ±100 mA |
| Số điểm quét | 801 | (xem data sheet) |
| Phân tích mạch tương đương | Có, 5 mô hình | Có |
| Tình trạng | Ngừng sản xuất | Đang cung cấp |
Lưu ý: mức tín hiệu đặt được theo dòng, và DC bias có chức năng tự điều chỉnh mức (DC bias ALC) để giữ đúng điện áp hoặc dòng đặt lên linh kiện. Với E4990A, Keysight công bố dải trở kháng 25 mΩ – 40 MΩ ở vùng độ chính xác 10%.
Bước chuẩn bị: đồ gá, bù hở/ngắn/tải và kéo dài cổng
Ở mức mΩ hoặc pF, đồ gá và cáp có thể gây sai số lớn hơn sai số của máy. Chuẩn bị gồm:
- Chọn đồ gá đúng tần số. 16047E cho linh kiện chân cắm và 16034G cho linh kiện SMD nhỏ tới cỡ 0201 (EIA), cả hai dùng được tới 110 MHz. Muốn dùng đồ gá chuẩn 7 mm, lắp bộ chuyển 42942A.
- Bù hở/ngắn/tải (open/short/load). 4294A thực hiện bù này ngay tại đầu đồ gá, hoặc tại đầu nối 7 mm của 42942A kèm kéo dài cổng (port extension).
- Kéo dài cáp. Khi phải đặt linh kiện xa máy, dùng cáp bốn cực ghép cặp 16048G hoặc 16048H; Agilent công bố bù cáp 1 m và 2 m dùng được tới 110 MHz.
- Chọn mức tín hiệu phù hợp. Dùng chức năng giám sát mức tín hiệu để biết điện áp và dòng thực tế đặt lên linh kiện.
Nếu bạn chưa quen chọn đồ gá theo tần số, bài đồ gá đo linh kiện cho máy đo LCR giải thích vì sao đồ gá sai có thể giới hạn dải đo dù máy chạy tới hàng trăm MHz.
Ứng dụng 1: đo tụ điện, ESR, ESL và cộng hưởng nối tiếp
Tụ thực gồm C nối tiếp với điện cảm ký sinh (ESL) và điện trở (ESR); trên tần số cộng hưởng nối tiếp, tụ cư xử như cuộn cảm. Quy trình trên 4294A:
- Quét |Z| và θ trên toàn dải cần quan tâm, đặt điện áp tín hiệu đúng mức làm việc của tụ.
- Dùng marker tìm điểm |Z| nhỏ nhất: đó là tần số cộng hưởng nối tiếp, giá trị |Z| tại đây xấp xỉ ESR.
- Chạy phân tích mạch tương đương với mô hình D (ba phần tử C–L–R nối tiếp) để máy trích C, ESL, ESR, rồi mô phỏng để so với số đo.
- Với tụ gốm hằng số điện môi cao, quét lại với DC bias (tới ±40 V) để thấy điện dung suy giảm theo điện áp.
Theo Product Note 4294-1, máy đo được ESR thấp tới 10 mΩ với độ chính xác 10% (điển hình), phù hợp đánh giá tụ tổn hao thấp.
Ứng dụng 2: cuộn cảm, hệ số Q, SRF và DC bias
Điện dung giữa các vòng dây tạo ra tần số tự cộng hưởng (SRF); trên SRF, cuộn cảm cư xử như tụ. Khi đo:
- Đặt tín hiệu theo dòng (200 µArms – 20 mArms) vì cuộn lõi từ phụ thuộc mạnh vào dòng.
- Quét L và Q theo tần số; điểm |Z| lớn nhất trên đường cong là SRF.
- Dùng DC bias dòng (tới ±100 mA) với chức năng ALC để xem điện cảm giảm khi lõi tiến tới bão hòa.
- Trích tham số bằng mô hình B (ba phần tử), mô phỏng và so sánh với số đo.
Agilent công bố độ chính xác Q điển hình 9% tại Q = 300, 10 MHz. Phần lý thuyết về Q và mô hình tương đương được trình bày kỹ trong bài đo linh kiện thụ động: LCR, hệ số Q và mô hình tương đương.
Ứng dụng 3: bộ cộng hưởng áp điện (piezo, thạch anh, gốm)
Bộ cộng hưởng áp điện được mô tả bằng bốn phần tử: nhánh động L1–C1–R1 song song với điện dung tĩnh C0. Khi tăng tần số, cộng hưởng nối tiếp (Fr) xuất hiện trước, sau đó là phản cộng hưởng (Fa). Trở kháng phản cộng hưởng của bộ cộng hưởng gốm thường trên 100 kΩ, của thạch anh thường trên vài MΩ, nên máy phân tích trở kháng phù hợp hơn máy phân tích mạng cho phép đo này.
Cách làm trên 4294A: dùng list sweep để quét quanh tần số cơ bản và các họa âm; hiển thị dẫn nạp trên tọa độ cực (vòng tròn dẫn nạp) để tính Q và các tham số mạch tương đương; với bộ cộng hưởng gốm, dùng mô hình E. Từ tham số trích được, tính Qm = 1/(2π·Fr·C1·R1) và tỉ số điện dung r = C0/C1.
Ví dụ trong Product Note 4294-1 với một bộ cộng hưởng gốm: Fr = 3,832 MHz, Fa = 4,122 MHz, C1 = 4,4604 pF, C0 = 28,460 pF, R1 = 8,4869 Ω, cho Qm = 1098 và r = 6,3826. Độ phụ thuộc mức kích thích (drive level) được xem bằng cách chồng nhiều đường quét ở các mức tín hiệu khác nhau.
Đo linh kiện trên mạch bằng đầu dò 42941A
Bộ đầu dò trở kháng 42941A (cáp 1,5 m) phủ 40 Hz – 110 MHz, khoảng cách hai mũi chỉnh được từ 0,5 mm tới 13,5 mm. Nhờ nguồn nổi tích hợp, 4294A đo được linh kiện có một đầu nối đất, ví dụ tụ đã hàn trên bo mạch. Trước khi đo, nên thực hiện bù hở/ngắn/tải ngay tại mũi dò để loại ảnh hưởng của cáp và đầu dò.
4294A giá và lựa chọn thay thế E4990A
Vì 4294A đã ngừng sản xuất, câu hỏi “4294A giá bao nhiêu” thường dẫn tới hàng đã qua sử dụng, khó bảo đảm hiệu chuẩn và linh kiện thay thế. Với đầu tư mới, Techmaster khuyến nghị E4990A: cùng độ chính xác cơ bản ±0,08%, cùng dải DC bias ±40 V/±100 mA, dải tần nâng cấp được tới 120 MHz, màn hình cảm ứng 10,4 inch. Bài đo đặc tuyến trở kháng theo tần số với Keysight E4990A hướng dẫn quy trình tương ứng trên máy mới.
Techmaster Electronics là đại lý ủy quyền Keysight tại Việt Nam, có phòng hiệu chuẩn đạt ISO/IEC 17025. Chúng tôi hỗ trợ hiệu chuẩn máy 4294A đang dùng, tư vấn cấu hình E4990A và đồ gá phù hợp. Vui lòng liên hệ báo giá qua trang Keysight 4294A hoặc xem toàn bộ thiết bị tại danh mục Keysight.
