《阻抗的测量》PPT课件.ppt

《《阻抗的测量》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《阻抗的测量》PPT课件.ppt（71页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第第6 6章章 阻抗测量阻抗测量 26.1 6.1 引言引言 6.2 6.2 阻抗标准阻抗标准 6.3 6.3 阻抗的模拟测量法阻抗的模拟测量法6.4 6.4 阻抗的数字测量法阻抗的数字测量法-元件的工业趋势VHS3214567890*#6.1慨述集总参数元件特性表征 1.阻抗定义及表示方法 阻抗定义图阻抗定义图阻抗两种坐标形式的转换关系为：阻抗两种坐标形式的转换关系为：DUTDUT实轴+j-j电阻电感电容虚轴2.2.电阻器、电容器、电感器的电路模型电阻器、电容器、电感器的电路模型(1)真值，有效值和指示值真值，有效值和指示值(2)元件的影响因素元件的影响因素 测试信号频率测试信号频率测试信号

2、电频测试信号电频直流偏置直流偏置 电压和电流电压和电流温度温度其它影响因素其它影响因素（环境，湿度，老化等）（环境，湿度，老化等）理想电阻理想电阻考虑引线电感考虑引线电感考虑引线电感考虑引线电感和分布电容和分布电容 电阻器电阻器电阻器电阻器RRRC0L0L0理想电容考虑泄漏、引考虑泄漏、引线电阻和电感线电阻和电感考虑泄漏、介考虑泄漏、介质损耗等质损耗等 电容器电容器电容器电容器CCCR0R0L0R,0 电感器电感器电感器电感器理想电感理想电感考虑导线损耗考虑导线损耗考虑导线损耗考虑导线损耗和分布电容和分布电容LR0LC0LR0测量器件的寄生参数影响测量器件的寄生参数影响DUTDUT电阻器的频率

3、响应电阻器的频率响应寄生电容C0R低阻值电阻理想RR|z|高阻值电阻理想RR|z|引线电感 RL0电感器的频率响应电感器的频率响应C0 LR0LC0R0C0的影响|z|理想 LR0理想 LC0的影响|z|R0电容器的频率响应电容器的频率响应L0的影响|z|R0理想 CR0CL0测试信号（测试信号（ACAC）电频对电容器和铁芯电感器的影响）电频对电容器和铁芯电感器的影响与与ACAC有关的磁芯电感器有关的磁芯电感器与与ACAC电压有关的陶瓷电容器电压有关的陶瓷电容器(a)测试电压(AC)测试信号电频：测试信号电频：高K值中K值低K值CoV(b)测试电流(AC)LoI与与直直流流偏偏置置电电压压有有

4、关的电容器关的电容器直流偏置电压与与直直流流偏偏置置电电流流有有关的磁芯电感器关的磁芯电感器陶瓷电容器与铁芯电感器的直流偏置影响陶瓷电容器与铁芯电感器的直流偏置影响直流偏置直流偏置 高K值低K值CoV0直流偏置电流oLI0温度温度时间温度中K值高K值陶瓷电容器的温度相关性陶瓷电容器的温度相关性陶瓷电容器的老化相关性陶瓷电容器的老化相关性oCCo1 10 102 103 10 425元件参数测量的基本技术电桥法电桥法D1.1.1.1.测量方法概述测量方法概述测量方法概述测量方法概述电桥法的优缺点和频率范围电桥法的优缺点和频率范围高精度（高精度（0.1%0.1%典型值）典型值）使用不同电桥可得到宽

5、频率范围使用不同电桥可得到宽频率范围 价格低价格低 需要手动平衡需要手动平衡 单台仪器的频率覆盖范围较窄单台仪器的频率覆盖范围较窄 频率范围频率范围：DCDC 300MHz300MHz 谐振法 改变电容改变电容C C直到电路谐振直到电路谐振谐振时谐振时XL=XC 仅有仅有RX存在存在VRXDUTDUTLXECVOSC谐振法的优缺点和频率范围谐振法的优缺点和频率范围可测很高的可测很高的Q Q值值 需要调谐到谐振需要调谐到谐振 阻抗测量精度低阻抗测量精度低 频率范围频率范围：10KHz 10KHz 70MHz70MHz 电压电流法 由测量的电压值和电流值计算被测阻抗由测量的电压值和电流值计算被测阻

6、抗ZX电流通过它所流经的电流通过它所流经的RS上上的电压计算的电压计算V1V2RSZXIOSC电压电流法的优缺点和频率范围电压电流法的优缺点和频率范围可测量接地器件可测量接地器件 适合于探头类测试需要适合于探头类测试需要使用简单使用简单 工作频率范围受使用探头的变压器的限制工作频率范围受使用探头的变压器的限制 频率范围频率范围：10KHz10KHz 100 MHz100 MHz RF电压电流法(a)(a)低阻抗类型低阻抗类型 射频电压电流法与低频电压电流法的原射频电压电流法与低频电压电流法的原理相同理相同有两种连接电压表和电流表的方法有两种连接电压表和电流表的方法 RV1VV2RI1ZXIOS

7、CRI2(b)(b)高阻抗类型高阻抗类型 RVV2V1ZXIOSCRR2射频电压电流法的优缺点和频率范围射频电压电流法的优缺点和频率范围高精度（高精度（0.1%0.1%典型值）典型值）高频下的宽阻抗范围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工作频率范围受使用探头的变压器的限制 频率范围频率范围：1MHz1MHz 3GHz3GHz 自动平衡电桥法-+DUTDUTHLR虚地V1II2I=I2V2=I2RZ=V1I=V1RV2V1I2=V2通过通过DUTDUT的电流也通过电阻的电流也通过电阻R“L”点的电位保持为点的电位保持为0 0V（称为虚地）称为虚地）自动平衡电桥法的优缺点和频

8、率范围自动平衡电桥法的优缺点和频率范围高精度（高精度（0.05%0.05%典型值）典型值）很宽的测量范围很宽的测量范围 使用简单使用简单不能适应更高的频率范围不能适应更高的频率范围频率范围频率范围：20Hz20Hz 110MHz110MHz 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用网络分析仪提供激励并测量响应 DUTVINCVR输入信号反射信号定向偶合器或电桥OSCZXV1V2网络分析法的优缺点和频率范围网络分析法的优缺点和频率范围高频率范围高频

9、率范围 当被测阻抗接近特征阻抗时得到高精度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改变测量频率需要重新校准 阻抗测量范围窄阻抗测量范围窄 频率范围频率范围：300KHz 300KHz 3GHz3GHz-哪个值正确哪个值正确?Z AnalyzerQ:165Q:120LCR meterQ:165Q=120?D U TL:5.231uH?D U TL:5.310uHLCR meter5.310uHLCR meter5.231uHuH网络分析法300KHz1101001K10K100K1M10M100M 1G10G10KHz70MHz10KHz110MHz1 MHz3GHzRF电压

10、电流法电压-电流法法谐振法0HZ300MHz电桥法20HZ110MHz自动平电桥法频率和测量方法频率和测量方法选择正确的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每种方法都有其各自的优缺点必必须须首首先先考考虑虑测测量量的的要要求求和和条条件件，然然后后选选择择最最合合适的方法适的方法需需要要考考虑虑的的因因素素包包括括频频率率覆覆盖盖范范围围、测测量量量量程程、测量精度和操作的方便性测量精度和操作的方便性 没没有有一一种种方方法法能能包包括括所所有有的的测测量量能能力力，因因而而在在选选择测量方法时需折衷考虑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阻抗测量仪器分为两

11、种阻抗测量仪器分为两种阻抗测量仪器分为两种一种是利用模拟阻抗测量的仪器一种是利用模拟阻抗测量的仪器一种是利用模拟阻抗测量的仪器一种是利用模拟阻抗测量的仪器 采用电桥法的：万用电桥；惠斯登电桥等各种采用电桥法的：万用电桥；惠斯登电桥等各种采用电桥法的：万用电桥；惠斯登电桥等各种采用电桥法的：万用电桥；惠斯登电桥等各种电桥仪器电桥仪器电桥仪器电桥仪器采用谐振法的：采用谐振法的：采用谐振法的：采用谐振法的：Q Q Q Q表表表表 采用电压采用电压采用电压采用电压-电流法的：多用表；可变电阻器；电流法的：多用表；可变电阻器；电流法的：多用表；可变电阻器；电流法的：多用表；可变电阻器；参数测测仪参数测测

12、仪参数测测仪参数测测仪 另另一种是数字式阻抗测量仪器一种是数字式阻抗测量仪器一种是数字式阻抗测量仪器一种是数字式阻抗测量仪器采用采用采用采用RFRFRFRF电压电流法的：射频阻抗分析仪电压电流法的：射频阻抗分析仪电压电流法的：射频阻抗分析仪电压电流法的：射频阻抗分析仪采用自动平衡电桥法的：采用自动平衡电桥法的：采用自动平衡电桥法的：采用自动平衡电桥法的：LFLFLFLF阻抗测量仪阻抗测量仪阻抗测量仪阻抗测量仪采用网络分析法的：网络分析仪采用网络分析法的：网络分析仪采用网络分析法的：网络分析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所有阻抗测试都涉及连接头的问

13、题.常用的连接方常用的连接方法有：法有：u两端接线柱式（或香蕉插头）适用于两端接线柱式（或香蕉插头）适用于Q Q表等低准表等低准确度谐振式阻抗仪器确度谐振式阻抗仪器u有极性的同轴的连接头有极性的同轴的连接头u中性精密同轴连接头中性精密同轴连接头u三端连接头、四端连接头三端连接头、四端连接头、五端连接头五端连接头 u四端对接头四端对接头 阻抗的连接图、示意图和测量范围 两端连接头两端连接头 HpLCDUTLPHCHC 为为电流高端电流高端Hp 为为电位高端电位高端LP 为为电位低端电位低端LC 为为电流低端电流低端(a)(a)连接图连接图R0L0DUTVAR0L0(b)(b)示意图示意图1m 1

14、0m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M2T2T(c)(c)阻抗测量范围阻抗测量范围C0三端连接头三端连接头HpLCDUTLPHC(a)(a)连接图连接图(b)(b)示意图示意图R0L0DUTVAR0L0C0(d)(d)具有屏蔽的两端连接头具有屏蔽的两端连接头1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M3T3T(c)(c)阻抗测量范围阻抗

15、测量范围DUTVA四端连接头四端连接头HpLCDUTLPHCDUTVA1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M4T4T(a)(a)连接图连接图(b)(b)示意图示意图(c)(c)阻抗测量范围阻抗测量范围五端连接头五端连接头HpLCDUTLPHCDUTVA(a)(a)连接图连接图(b)(b)示意图示意图1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 1

16、0M 100M5T5TDUTVA(d)(d)具有屏蔽的四端连接头具有屏蔽的四端连接头(c)(c)阻抗测量范围阻抗测量范围四端对连接头四端对连接头HpLCDUTLPHC(a)(a)连接图连接图(b)(b)示意图示意图DUTVA1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M4TP4TP(c)(c)阻抗测量范围阻抗测量范围 实际的阻抗测量范围不仅取决于测量仪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器，而且也取决于四端对连接头与DUTDUT的正的正确

17、连接。否则也会限制测量范围。确连接。否则也会限制测量范围。每种连接方法各有优缺点，必须根据每种连接方法各有优缺点，必须根据DUTDUT的阻抗和要求的测量精度，选择最适合的的阻抗和要求的测量精度，选择最适合的连接方法。连接方法。6.2 阻抗标准 电阻标准 1）标准概况 2）标准电阻器 电容标准 1）标准概况 2）标准电容器 电感标准 1）标准概况 2)标准电感器 电阻标准电阻标准1 1 1 1）标准概况）标准概况）标准概况）标准概况电阻计量标准器具分为一等和二等两个等级电阻计量标准器具分为一等和二等两个等级 一等电阻标准包括一等电阻标准包括1010-3-3，1010-2-2，1010-1-1，1

18、1，1010，10102 2，10103 3，10104 4，10105 599个标称值及一个标称值及一等电阻标准装置。二等电阻标准除上述等电阻标准装置。二等电阻标准除上述9 9个标称值及个标称值及电阻标准装置外，还有电阻标准装置外，还有106106和和107107及其相应装置。及其相应装置。电阻工作计量器具有电阻工作计量器具有1313个标称值个标称值,从从1010-4-4到到10108 8.每个标称值又有每个标称值又有0.000050.00005级到级到0.20.2级不等的级不等的7 7到到9 9个准确度等级。个准确度等级。电压端子2 2）标准电阻器）标准电阻器水银罩电流端子插入温度表无感线

19、圈的锰铜电阻线(a)构造电流端子电流端子电压端子(b)外观图6-8 标准电阻器电容标准电容标准电容标准电容标准 1 1 1 1）标准概况）标准概况）标准概况）标准概况标标准准电电容容器器分分为为三三等等。一一等等和和二二等等标标准准电电容容量量具具采采用用标标称称值值分分别别为为1PF1PF，10PF10PF，100pF100pF和和1000PF1000PF的的标标准准电容器。它们的差别在不确定度和年稳定度。电容器。它们的差别在不确定度和年稳定度。三三等等标标准准电电容容量量具具采采用用标标称称值值为为1010-4-4PF-1FPF-1F的的标标准准电电容器容器。2 2 2 2）标准电容器）标

20、准电容器）标准电容器）标准电容器端子1端子2接地端(b)外观水晶极板蔽罩端子1端子2接地端(a)构造电感标准电感标准 1 1 1 1）标准概况）标准概况）标准概况）标准概况 采用标称值为采用标称值为采用标称值为采用标称值为1H-10000H1H-10000H1H-10000H1H-10000H的标准电感器作为的标准电感器作为的标准电感器作为的标准电感器作为标准电感量具。标准电感量具分成标准电感量具。标准电感量具分成标准电感量具。标准电感量具分成标准电感量具。标准电感量具分成0.010.010.010.01级、级、级、级、0.020.020.020.02级、级、级、级、0.050.050.050

21、.05级级级级 、0.10.10.10.1级、级、级、级、0.20.20.20.2级、级、级、级、0.50.50.50.5级和级和级和级和1.01.01.01.0级，对应的级别指数级，对应的级别指数级，对应的级别指数级，对应的级别指数a a a a为为为为0.010.010.010.01，0.020.020.020.02，0.050.050.050.05，0.10.10.10.1，0.20.20.20.2，0.50.50.50.5和和和和1.01.01.01.0，对应的最大允许误差，对应的最大允许误差，对应的最大允许误差，对应的最大允许误差和年稳定度和年稳定度和年稳定度和年稳定度为为为为a%a

22、%a%a%。2)2)2)2)标准电感器标准电感器标准电感器标准电感器1.51.51 11 1线圈大理石(a)构造面（剖面图）RLC(b)等效电路图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 6.3.4 Q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1)电桥的平衡条件 用指数形式表示 上式必须同时满足 D交流电桥2)交流四臂电桥 精密万用电桥方框图平衡调节机构平衡调节机构测量桥路测量桥路平衡指示电路平衡指示电路显示电路显示电路电源电源测量信

23、号源测量信号源3）变压器耦合臂电桥 两电桥的平衡条件都为 电压比例臂构成的桥路电流比例臂构成的桥路D DD D4）电桥法测量集总参数元件的误差 标准元件值的误差 电桥指示器的误差 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。谐振法测量元件参数 谐振法测量原理图当回路达到谐振时当回路达到谐振时:（1）直接测量 谐振法直接测电容振荡器当当C CX X较小时较小时 选择适当电感选择适当电感 L(L(不必为标准电感不必为标准电感)，接入标准，接入标准可变电容可变电容C CS S（如虚线所示），调回路至谐振，然（如虚线所示），调回路至谐振，然后接入被测电容后接入被测电容C CX X当当C

24、CX X较大时较大时C CX X应和应和C CS S串联接入串联接入（2）替代法：并联替代法 并联替代法测量电感的原理图信信号号源源 串联替代法测电感 串联替代法串联替代法串联替代法串联替代法 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。2Q 表测量中产生测量误差的因素 Q 表的基本组成框图 高频振荡器6.3.4 Q 6.3.4 Q 值测量值测量6.4 阻抗的数字测量法 6.4.1 6.4.1 6.4.1 6.4.1 矢量电流矢量电流矢量电流矢量电流-电压法电压法电压法电压法1.矢量电流-电压法的原理 （1）固

25、定轴法 （2）自由轴法2.智能化LCR测量仪的基本组成 6.4.2 6.4.2 6.4.2 6.4.2 自动平衡电桥自动平衡电桥自动平衡电桥自动平衡电桥6.4.1 矢量电流-电压法1.矢量电流-电压法的原理 接入标准接入标准阻抗阻抗RS2）阻抗的数字测量法原理图 缓冲放大器数字显示器相敏检波器A/D转换器CPURAMROM相位参考基准（1）固定轴法固定轴法矢量关系图（2 2 2 2）自由轴法）自由轴法）自由轴法）自由轴法自由轴法矢量关系图2 智能化LCR测量仪的基本组成选择开关1测试信号源可变衰减器相敏检波器放大器滤波器选择开关2积分器比较器单片微机系统显示器功能选择自由轴发生器 V/I转换器双斜积分信号调理-+A1A2A3+-+-自动平衡电桥信号源部分矢量比检波器部分自动平衡电桥调制器到数字部分HC-电流高端 LC-电流低端Hp-电位高端 LP-电位低端LC电流电压转换器 本振HPHC源电阻LP振荡器放大器缓冲器缓冲器混频器放大器ATTA/D自动衰减器量程电阻DUT功率放大器积分器90000-900小 结 阻抗测量有多种方法 电桥主要用来测量低频元件 Q表主要用来测量高频元件 阻抗的数字测量法