阻抗測(cè)量基礎(chǔ)

1、技術(shù)資料No. 06050103阻抗測(cè)量基礎(chǔ)一 元件阻抗的測(cè)量我們?nèi)粘Ｊ褂没蚬S生產(chǎn)的無(wú)源元件（主要指各種電感、電容、電阻）均標(biāo)有一定的數(shù)值，從使用的角度說(shuō)已確定了該元件的數(shù)值（標(biāo)稱值），實(shí)際上存在下列三個(gè)因素需要對(duì)元件進(jìn)行測(cè)量：技術(shù)資料No. 06050103電抗X、導(dǎo)納Y、電導(dǎo)G、電納B、損耗D、品質(zhì)因素Q、相位角。儀器測(cè)量時(shí)并不直接測(cè)量某單個(gè)參數(shù)，而是測(cè)量復(fù)阻抗，然后按照其相互關(guān)系轉(zhuǎn)換成所需測(cè)量Edut將式（3）代入式（2）得：Zx=×Rs-（4） Err這里，Err，Edut均為矢量。令Edut=V0+jV1， Err=V2+jV3-（5） 將式（5）代入式（4）可得：Zx=

2、V0V2+V1V3V0V3V1V2Rj+Rs-（6） sV22+V32V22+V32比較式（6）與式（1）可得到：Rx=V0V2+V1V3Rs-（7） 22V2+V3V0V3V1V2Xx=Rs-（8） 22V2+V3式（7）與（8）即為所需的阻抗參數(shù)。2 阻抗測(cè)量基礎(chǔ)技術(shù)資料No. 06050103各類儀器測(cè)試電路的實(shí)際配置會(huì)有很大不同。寬帶高精度LCR表和阻抗分析儀所使用的I-V轉(zhuǎn)換器包括復(fù)雜的null檢波器、相位檢波器、積分器和矢量調(diào)制器，以保證在寬頻率范圍內(nèi)的高精度。三 元件量值與特定要素的相關(guān)性The Dependencies of Component Value VS. Specia

3、l Factor一般地，每種LCR測(cè)量?jī)x器均給出特定的測(cè)量條件，如測(cè)量頻率、信號(hào)電平、直流偏置等，這些條件的設(shè)定規(guī)定了儀器的適用范圍。由于被測(cè)元件在各種使用條件下呈現(xiàn)不同的特性，技術(shù)資料No. 060501033 直流偏置相關(guān)性 DC Bias Dependency元件與施加其上的直流偏置電壓或偏置電流存在相關(guān)性。在元件的各種使用場(chǎng)合，交流與直流信號(hào)疊加使用是極為普遍的。如二極管、三極管的結(jié)電容，高K的陶瓷電容器，電解電容器，帶瓷芯的電感器或變壓器等。其上所疊加的直流電壓或電流的不同便會(huì)引起參數(shù)的變化，某些器件參數(shù)可能會(huì)產(chǎn)生劇烈的變化。如圖4.3所示高K的陶瓷電容器施加直流偏置電壓的變化情況。

4、4 與其它因素的相關(guān)性 Other Factors Dependency元件參數(shù)主要取決于上述幾種條件。然而，以下的環(huán)境條件也是不能忽略的。如：時(shí)間（元件參數(shù)隨時(shí)間的變化）、溫度、濕度、壓力、磁場(chǎng)。綜上所述，進(jìn)行元件的測(cè)量不僅要考慮所需測(cè)量的參數(shù)，正確考慮測(cè)量這些參數(shù)時(shí)所使用的相關(guān)條件是極為重要的，往往會(huì)由于測(cè)量條件選擇不當(dāng)而獲得錯(cuò)誤的結(jié)果。四 選擇合適的LCR數(shù)字電橋Selecting the Best LCR Meter1 選擇LCR數(shù)字電橋的目的The Purposes of Selecting LCR Meter一般地，LCR數(shù)字電橋用于三個(gè)方面的目的。A） 精確評(píng)價(jià)元件的性能，保證元

5、件在使用條件下滿足要求。為對(duì)元件作出精確的評(píng)價(jià)，需要儀器能提供高準(zhǔn)確度、強(qiáng)大的功能，能對(duì)元件與多種條件的相關(guān)性作出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。如新元件的研究與開發(fā)，計(jì)量檢定部門作檢測(cè)、量值傳遞等。B） 元件生產(chǎn)線快速檢測(cè)或進(jìn)貨檢驗(yàn)。這種目的對(duì)于儀器的測(cè)量條件是特定的。如提供快速的分選以提高效率，特定的頻率、電平及其它一些所需要的功能等。C） 大致估計(jì)使用元件的性能。與B）所要求的低一些，僅需了解元件的一般性能，且無(wú)快速的分選要求。同惠LCR數(shù)字電橋型號(hào)的劃分也基本按照這三種要求決定。2 選擇LCR數(shù)字電橋關(guān)心的主要方面Several Aspects of Selecting LCR MeterA） 測(cè)量準(zhǔn)確度

6、Measurement Accuracy測(cè)量準(zhǔn)確度是反映儀器性能的主要指標(biāo)之一。確切了解所需儀器的準(zhǔn)確度是準(zhǔn)確評(píng)價(jià)元件優(yōu)劣的關(guān)鍵。一般地，儀器準(zhǔn)確度應(yīng)比測(cè)量元件的技術(shù)指標(biāo)高35倍。更為重要的是，通常儀器樣本或其它宣傳資料給出的是在某種條件下的最高準(zhǔn)確度，這是最能產(chǎn)生混淆之處，應(yīng)了解被測(cè)量元件在測(cè)量頻率下呈現(xiàn)的阻抗及對(duì)應(yīng)測(cè)量條件下的儀器準(zhǔn)確度是否滿足測(cè)量要求。充分了解儀器的測(cè)量準(zhǔn)確度是極為重要的，而且準(zhǔn)確度與所給定的測(cè)試條件密切相關(guān)，4 阻抗測(cè)量基礎(chǔ)技術(shù)資料No. 06050103如電平、速度、溫度等。以下試舉一例來(lái)加以說(shuō)明即使在產(chǎn)品樣本上給定基本準(zhǔn)確度相同，實(shí)際是有很大區(qū)別的，我們以TH281

7、8、TH2828兩款產(chǎn)品加以說(shuō)明。TH2818：頻率20Hz300KHz，基本準(zhǔn)確度0.05%TH2828：頻率20Hz1MHz，基本準(zhǔn)確度0.05%假定儀器測(cè)試條件均為慢速、電平1Vrms、溫度20ºC，對(duì)100pF、10nF電容器進(jìn)行測(cè)試，評(píng)估其在不同頻率下的測(cè)量準(zhǔn)確度：表一. 典型頻率準(zhǔn)確度比較表 容量100pF10nF 型號(hào)100kHz200kHz 從表一可以看出，相同基本準(zhǔn)確度的儀器，在不同量值被測(cè)件和不同頻率下其準(zhǔn)確度是有很大區(qū)別的。B） 測(cè)試信號(hào)頻率與電平Test Signal Frequency and Level測(cè)試頻率、電平是元件檢測(cè)需確定的首要參數(shù)，也是反映元件

8、要素相關(guān)性的最重要內(nèi)容，對(duì)正確選擇LCR電橋是極為重要的。C） 儀器附件和選件Instruments Accessories & Optional同惠儀器出廠時(shí)給定了附件的標(biāo)準(zhǔn)配置。有時(shí)需測(cè)定元件的形狀與尺寸與標(biāo)準(zhǔn)配置不符，這便需要另外選擇符合要求的測(cè)試夾具，有時(shí)可能需自己制造測(cè)試夾具。合理適用的測(cè)試夾具是進(jìn)行元件準(zhǔn)確測(cè)量的保證。D） 儀器價(jià)位Instruments Price購(gòu)買儀器前，應(yīng)確定需要儀器的性能和功能，將購(gòu)買預(yù)算進(jìn)行估算。一般地，儀器定價(jià)是根據(jù)頻率、準(zhǔn)確度、性能等要素綜合確定的。經(jīng)過(guò)多年的努力，同惠低頻（2MHZ）LCR電橋的技術(shù)水平已具備了替代國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的能力。相同檔

9、次的國(guó)產(chǎn)儀器與進(jìn)口產(chǎn)品相比，價(jià)格相差26倍。我們的忠告是：選擇性能先進(jìn)，技術(shù)保障能力強(qiáng)，信譽(yù)及服務(wù)良好的國(guó)產(chǎn)名牌。五 LCR數(shù)字電橋的其它功能Other Functions of LCR Meter一般地，LCR數(shù)字電橋尚有其它功能，特別是隨著測(cè)量技術(shù)和微處理技術(shù)的飛速發(fā)展， LCR數(shù)字電橋在不斷地給用戶發(fā)展各種新的性能和功能。準(zhǔn)確靈活地使用這些功能，往往在測(cè)量時(shí)會(huì)起到事半功倍的效果。5 阻抗測(cè)量基礎(chǔ)3 測(cè)試信號(hào)檢測(cè)Test Signal Monitoring三.2已經(jīng)論述了施加于被測(cè)件的電平是十分重要的。實(shí)際施加于被測(cè)件上的電平（電壓或電流）與儀器信號(hào)源阻抗有關(guān)，雖然儀器電平相同，若信號(hào)源阻

10、抗不同，實(shí)際施加于被測(cè)件上的電平就不同。同惠有多個(gè)品種具有被測(cè)件電流、電壓監(jiān)視功能。4 自動(dòng)電平控制Auto Level Control根據(jù)三.2的論述，對(duì)某些與信號(hào)電平相關(guān)性強(qiáng)的器件，保持施加恒定的測(cè)試信號(hào)電平（電壓或電流）是非常重要的。TH2818、TH2819、TH2828/A/S具備了電平的自動(dòng)控制功能，這對(duì)相關(guān)性強(qiáng)的元件的測(cè)量是極為有用的。5 信號(hào)源輸出阻抗Signal Source Output Impedances傳統(tǒng)LCR電橋的信號(hào)源阻抗隨著量程的變化而變化的，這樣，不同的元件測(cè)量時(shí)的實(shí)際電平變化極大，這對(duì)某些器件的測(cè)量是不合理的。國(guó)際先進(jìn)及認(rèn)可的輸出阻抗方法為100如Agil

11、ent4284A、Agilent4980A、Agilent4263B等。為兼顧與傳統(tǒng)儀器的一致性，同惠大多產(chǎn)品可由用戶鍵盤選擇輸出阻抗。6 列表掃描List Sweep鑒于元件對(duì)頻率、電平、直流偏置電壓、直流偏置電流的相關(guān)性。同惠有多個(gè)品種儀器可對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行列表掃描（見同惠LCR測(cè)試儀器選擇指南）。即對(duì)多點(diǎn)頻率（或電平、偏壓、偏流）掃描測(cè)量，并將測(cè)量值同時(shí)顯示，還可對(duì)測(cè)試值進(jìn)行比較判別。偏流的列表掃描需6 阻抗測(cè)量基礎(chǔ)技術(shù)資料No. 06050103與同惠的電感偏流源配合使用。7 測(cè)試端配置Measurement Terminals Disposal傳統(tǒng)的LCR數(shù)字電橋提供了五端測(cè)試端配置。

12、這種配置有效解決了引線電阻對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響及測(cè)試端子對(duì)地的分布電容。然而，五端配置阻抗測(cè)試下限為10m，且不能解決測(cè)試線間相互電磁藕合的影響，表現(xiàn)為低阻抗測(cè)試時(shí)使用開而文測(cè)試電纜時(shí)引線位置的移動(dòng)便會(huì)造成測(cè)試結(jié)果的變化。TH2828/A/S的四端對(duì)配置方法不僅阻抗測(cè)試下限達(dá)到1m，且有效解決測(cè)試線間電磁耦合的影響。（參見用于元件測(cè)試的端接技術(shù)一文）8 元件的圖形分析能力Components Graphics Analysis AbilityTH2818/TH2828S可提供頻率響應(yīng)分析、交流電壓特性分析、直流偏置電壓/電流特性分析 等諸多分析能力。建立在10mHz/1mHz頻率分辨率基礎(chǔ)上，TH

13、2818/TH2828S自動(dòng)元件分析儀提供了功能強(qiáng)大的元件頻率響應(yīng)分析功能。此功能可在任意頻率范圍進(jìn)行元件主、付參數(shù)的頻率響應(yīng)分析，并以圖形方式進(jìn)行顯示，這對(duì)于元件的研發(fā)、元件全性能的評(píng)估無(wú)疑有重要的意義。尤其對(duì)壓電器件的分析提供了極為重要的手段，參見壓電器件測(cè)試的超值解決方案一文。9 測(cè)量范圍、最大顯示范圍、顯示位數(shù)Measurement Range, Max. Display Range, Display Digits多測(cè)量頻率、多測(cè)量參數(shù)的元件測(cè)試儀器在其技術(shù)說(shuō)明書或產(chǎn)品樣本上是很難準(zhǔn)確描述某參數(shù)的測(cè)量范圍的。表示儀器測(cè)量范圍的因素主要決定于：a）被測(cè)件阻抗大小，這是影響測(cè)量范圍的主要原

14、因；b）實(shí)際被檢測(cè)電平的大下；c）儀器A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率，測(cè)量速度的加快必然使分辨率降低而影響測(cè)量范圍；d）電磁干擾、溫度、濕度等的影響。在此情況下，技術(shù)參數(shù)中表示的測(cè)量范圍并不能在所有情況均適用，有時(shí)便表示為最大顯示范圍。測(cè)量范圍與最大顯示范圍的概念是不同的。顯示位數(shù)表明儀器可提供穩(wěn)定讀數(shù)的能力，位數(shù)多但讀數(shù)不穩(wěn)定是無(wú)意義的。10變壓器測(cè)量功能Transform Measuring Function變壓器是一種多參數(shù)的電子元件，包含有初/次級(jí)電感、互感、漏感、圈數(shù)比，初/次級(jí)電容、直流電阻等。同惠有多種LCR數(shù)字電橋提供變壓器測(cè)試能力，TH2818XA/XB/XC作為專用的自動(dòng)變壓器測(cè)試系

15、統(tǒng)提供了變壓器測(cè)試的完整解決方案。11接口功能Interface Function儀器的接口是其重要的功能。一般地，接口可分為兩類：a）通訊接口。主要有IEEE-488通用并行接口和RS-232C通用串行接口兩種。當(dāng)前LAN通訊接口與USB通訊接口逐漸成為儀器通訊能力的新的選擇。同惠產(chǎn)品目前尚不能具備該兩項(xiàng)通訊能力。通訊接口為數(shù)據(jù)的交換、儀器的遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成、測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析7 阻抗測(cè)量基礎(chǔ)技術(shù)資料No. 06050103 提供了手段。針對(duì)儀器的通訊接口，同惠還可提供計(jì)算機(jī)操作控制界面，并可根據(jù)客戶需求研發(fā)專門的統(tǒng)計(jì)分析軟件。b）分選接口，亦稱HANDLER接口。能使儀器與元件的機(jī)械處理系統(tǒng)配合使用，如元件的自動(dòng)分選系統(tǒng)等。HANDLER接口應(yīng)具備結(jié)果輸出口（最好與儀器電氣隔離）與聯(lián)絡(luò)信號(hào)，聯(lián)絡(luò)信號(hào)包括：START（測(cè)試啟動(dòng)）信號(hào)、EOC（ADC完成）信號(hào)、BU