第6章阻抗测量1.docx

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第6章阻抗测量1

第6章阻抗测量

6.1引言

6.2阻抗标准

6.3阻抗的模拟测量法

6.4阻抗的数字测量法

元件的工业趋势

阻抗两种坐标形式的转换关系为

6.1慨述

6.1.1集总参数元件特性表征

1.阻抗定义及表示方法

阻抗定义图

2.电阻器、电容器、电感器的电路模型

（1）真值，有效值和指示值

（2）元件的影响因素

Ø测试信号频率

Ø测试信号电频

Ø直流偏置电压和电流

Ø温度

Ø其它影响因素（环境，湿度，老化等）

Ø电阻器

Ø

Ø电容器

Ø电感器

②测试信号电频：

测试信号（AC）电频对电容器和铁芯电感器的影响

陶瓷电容器与铁芯电感器的直流偏置影响

③直流偏置

④温度

6.1.2元件参数测量的基本技术

1.测量方法概述

Ø

电桥法

电桥法的优缺点和频率范围

⏹高精度（0.1%典型值）

⏹使用不同电桥可得到宽频率范围

⏹需要手动平衡

⏹单台仪器的频率覆盖范围较窄

⏹频率范围：

DC~300MHz

Ø谐振法

⏹改变电容C直到电路谐振

⏹

谐振时XL=XC仅有RX存在

谐振法的优缺点和频率范围:

⏹可测很高的Q值

⏹需要调谐到谐振

⏹阻抗测量精度低

⏹频率范围：

10KHz~70MHz

Ø

电压电流法

⏹由测量的电压值和电流值计算被测阻抗ZX

⏹电流通过它所流经的RS上的电压计算

电压电流法的优缺点和频率范围:

⏹可测量接地器件

⏹适合于探头类测试需要

⏹使用简单

⏹工作频率范围受使用探头的变压器的限制

⏹频率范围：

10KHz~100MHz

ØRF电压电流法

⏹射频电压电流法与低频电压电流法的原理相同

⏹

有两种连接电压表和电流表的方法

射频电压电流法的优缺点和频率范围

⏹高精度（0.1%典型值）

⏹高频下的宽阻抗范围

⏹工作频率范围受使用探头的变压器的限制

⏹频率范围：

1MHz~3GHz

Ø自动平衡电桥法

⏹

通过DUT的电流也通过电阻R

⏹“L”点的电位保持为0V（称为虚地）

自动平衡电桥法的优缺点和频率范围

⏹高精度（0.05%典型值）

⏹很宽的测量范围

⏹使用简单

⏹不能适应更高的频率范围

⏹频率范围：

20Hz~110MHz

Ø网络分析法

⏹通过测量输入信号与反射信号之比得到反射系数

⏹用定向耦合器或电桥检测反射信号

⏹

用网络分析仪提供激励并测量响应

网络分析法的优缺点和频率范围

⏹高频率范围

⏹当被测阻抗接近特征阻抗时得到高精度

⏹改变测量频率需要重新校准

⏹阻抗测量范围窄

⏹频率范围：

300KHz~3GHz

频率和测量方法

选择正确的测量方法

⏹每种方法都有其各自的优缺点

⏹必须首先考虑测量的要求和条件，然后选择最合适的方法

⏹需要考虑的因素包括频率覆盖范围、测量量程、测量精度和操作的方便性

⏹没有一种方法能包括所有的测量能力，因而在选择测量方法时需折衷考虑

2.仪器分类

阻抗测量仪器分为两种

一种是利用模拟阻抗测量的仪器

⏹采用电桥法的：

万用电桥；惠斯登电桥等各种电桥仪器

⏹采用谐振法的：

Q表

⏹采用电压-电流法的：

多用表；可变电阻器；参数测测仪

另一种是数字式阻抗测量仪器

⏹采用RF电压电流法的：

射频阻抗分析仪

⏹采用自动平衡电桥法的：

LF阻抗测量仪

⏹采用网络分析法的：

网络分析仪

3.测试连接头

所有阻抗测试都涉及连接头的问题.常用的连接方法有：

⏹两端接线柱式（或香蕉插头）适用于Q表等低准确度谐振式阻抗仪器

⏹有极性的同轴的连接头

⏹中性精密同轴连接头

⏹三端连接头、四端连接头、五端连接头

⏹四端对接头

阻抗的连接图、示意图和测量范围

Ø两端连接头

Ø三端连接头

Ø

Ø四端连接头和四端对连接头

四端对连接头

Ø五端连接头

实际的阻抗测量范围不仅取决于测量仪器，

而且也取决于四端对连接头与DUT的正确连接。

否则也会限制测量范围。

每种连接方法各有优缺点，必须根据DUT

的阻抗和要求的测量精度，选择最适合的连接方法。

6.2阻抗标准

6.2.1电阻标准

1）标准概况

2）标准电阻器

6.2.2电容标准

1）标准概况

2）标准电容器

6.2.3电感标准

1）标准概况

2）标准电感器

6.2.1电阻标准

1）标准概况

电阻计量标准器具分为一等和二等两个等级

一等电阻标准包括10-3Ω，10-2Ω，10-1Ω，1Ω，10Ω，102Ω，103Ω，104Ω，105Ω9个标称值及一等电阻标准装置。

二等电阻标准除上述9个标称值及电阻标准装置外，还有106Ω和107Ω及其相应装置。

电阻工作计量器具有13个标称值,从10-4Ω到108Ω.每个标称值又有0.00005级到0.2级不等的7到9个准确度等级。

2）标准电阻器

6.2.2电容标准

1）标准概况

标准电容器分为三等。

一等和二等标准电容量具采用标称值分别为1PF，10PF，100pF和1000PF的标准

电容器。

它们的差别在不确定度和年稳定度。

三等标准电容量具采用标称值为10-4PF-1F的标准电容器。

2）标准电容器

6.2.3电感标准

1）标准概况

采用标称值为1μH-10000H的标准电感器作

为标准电感量具。

标准电感量具分成0.01级、0.02级、0.05级、0.1级、0.2级、0.5级和1.0级，对应的级别指数a为0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.5和1.0，对应的最大允许误差δ和年稳定度γ为a%。

2）标准电感器

6.3阻抗的模拟测量法

6.3.1电压电流法

6.3.2电桥法

6.3.3谐振法测量元件参数

6.3.4Q值测量

6.3.1电压电流法

电压-电流法又叫伏安法，即利用欧姆定律，用测量的电压值和电流值计算被测阻抗值：

被测器件的导纳为：

6.3.2电桥法

2）交流四臂电桥

3）变压器耦合臂电桥

4）电桥法测量集总参数元件的误差

①标准元件值的误差

②电桥指示器的误差

③屏蔽不良引起误差

寄生耦合和外界电磁场的干扰也会引起误差。

6.3.3谐振法测量元件参数

当回路达到谐振时:

（1）直接测量

选择适当电感L（不必为标准电感），接入标准

可变电容CS（如虚线所示），调回路至谐振，然后接入被测电容CX

（2）替代法：

6.3.4Q值测量

1.Q表组成原理及测量原理

Q表是根据谐振原理制成的，又称为品质因素测量仪。

它由高频振荡器、测量电路和输入、输出指示器等组成。

2．Q表测量中产生测量误差的因素

6.4阻抗的数字测量法

6.4.1矢量电流-电压法

1.矢量电流-电压法的原理

（1）固定轴法

（2）自由轴法

2.智能化LCR测量仪的基本组成

6.4.2自动平衡电桥

6.4.1矢量电流-电压法

1.矢量电流-电压法的原理

2）阻抗的数字测量法原理图

2智能化LCR测量仪的基本组成

6.4.2自动平衡电桥

小结

①阻抗测量有多种方法

②电桥主要用来测量低频元件

③Q表主要用来测量高频元件

④阻抗的数字测量法