交流阻抗及L、C的測(cè)量

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯交流阻抗及L、C的測(cè)量 在溝通條件下，R、L、C元件必需考慮損耗、引線電阻、分布電感和分布電容的影響，R、L、C元件的實(shí)際阻抗隨環(huán)境以及工作頻率的變化而變化。測(cè)量溝通阻抗和L、C參數(shù)的方法可用傳統(tǒng)的溝通電橋，也可以用變量器電橋和數(shù)字式阻抗測(cè)量?jī)x等儀器。 圖1溝通四臂電橋 1溝通阻抗電橋 圖1是溝通阻抗電橋原理圖。由4個(gè)橋臂阻抗Z1、Z2、Z3和Z4，1個(gè)激勵(lì)源U和1個(gè)檢流計(jì)G組成。 （1）電橋平衡條件 調(diào)整各橋臂參數(shù)，使檢流計(jì)讀數(shù)IG=0，則電橋處于平衡，可得 Z1Z3=Z2Z4（1） 設(shè)Z1為被測(cè)阻抗Z則電橋平衡后Zx可從其他三個(gè)橋臂阻抗求得。 式（1）為

2、溝通阻抗電橋的平衡條件。若將其用指數(shù)形式表示則有 （2） 依據(jù)復(fù)數(shù)相等的定義，上式必需同時(shí)滿意 （3） 式（3）表明，電橋平衡必需同時(shí)滿意模平衡和相位平衡兩個(gè)條件。因此，在溝通狀況下，電橋四個(gè)橋臂阻抗的大小和性質(zhì)必需按肯定條件配置，否則可能不能實(shí)現(xiàn)電橋平衡。在有用電橋中，為了使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，調(diào)整便利，通常有兩個(gè)橋臂采納純電阻。由式（1）可知，若相鄰兩臂（如Z3和Z4）為純電阻，則另外兩臂的阻抗性質(zhì)必需相同（即同為容性或感性）；若相對(duì)兩臂（如Z2和Z4） 采納純電阻，則另外兩臂必需一個(gè)是電感性阻抗，另一個(gè)是電容性阻抗。 溝通電橋至少應(yīng)有兩個(gè)可調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)元件，通常是用一個(gè)可變電阻和一個(gè)可變電抗，大多采

3、納標(biāo)準(zhǔn)電容器作為標(biāo)準(zhǔn)電抗器。需反復(fù)調(diào)整可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)元件，以使式（2-84）成立，調(diào)整溝通電橋平衡要比調(diào)整直流電橋平衡麻煩得多。 （2）電橋電路及元件參數(shù)的測(cè)量 溝通阻抗電橋有多種配置形式，各有特點(diǎn)和適用范圍。此處僅以串聯(lián)電容電橋?yàn)槔f(shuō)明。 圖2中，若Z1和Z2為串聯(lián)電容，Z3和Z4為純電阻，則構(gòu)成串聯(lián)電容電橋（或稱維恩電橋）。設(shè) 依據(jù)電橋平衡條件，得 上式兩邊必需同時(shí)滿意實(shí)部相等和虛部相等條件，因此可以解得 （4） 由上式可知，當(dāng)選擇R2和C2為可調(diào)元件時(shí)，被測(cè)量的參數(shù)Rx和Cx可以分別讀數(shù)。 串聯(lián)電容電橋適于測(cè)量損耗小的電容，且便于讀數(shù)。其他形式電橋的特點(diǎn)和平衡條件請(qǐng)參閱相關(guān)資料。 2變量器電橋

4、 溝通四臂電橋適用于在低頻時(shí)測(cè)量溝通電阻、電感、電容等，且使用不太便利。變量器電橋可用于高頻時(shí)的阻抗測(cè)量。變量器電橋有變壓式、變流式和雙邊式三種結(jié)構(gòu)，雙邊式是前兩種結(jié)構(gòu)形式的組合。 圖2為常用的雙邊式變量器電橋原理電路。圖中Zx是被測(cè)阻抗；Zb是標(biāo)準(zhǔn)阻抗；G是檢流計(jì)；n1和n2是變量器B1，二次繞組上兩個(gè)繞組的匝數(shù)；、是n1、n2上的感應(yīng)電壓，m1、m2是變量器B2一次繞組上兩個(gè)繞組的匝數(shù)。是電橋平衡時(shí)流經(jīng)Zx和m1的電流；是流經(jīng)Zb和m2的電流。若B1的漏抗和內(nèi)電阻都可忽視，則電橋平衡時(shí)可得 （5） 圖2雙邊式變量器電橋 對(duì)B2，電橋平衡時(shí)G指零，可得 （6） 由（5）和（6）式可解得 （7

5、） 由于n1、n2、m1、m2和Zb均為已知值，故從式（7）可求出Zx。 變量器電橋的特點(diǎn)是：匝數(shù)比可以做得很精確，也不受溫度，老化等因素的影響；靈敏度高；收斂性好；橋路所用標(biāo)準(zhǔn)元件少。因此變量器電橋得到廣泛應(yīng)用，其工作頻率可達(dá)幾百兆赫茲；電阻量程為10-4109 ，精度可達(dá)±（0.010.001）；電容量程為10-8104F，精度最高可達(dá)±1×10-7；電感量程為10-2H105H，精度±0.01。 3數(shù)字式阻抗測(cè)量?jī)x 傳統(tǒng)的阻抗測(cè)量?jī)x是模擬式的。主要采納電橋法、諧振法和伏安法進(jìn)行測(cè)量，缺點(diǎn)較多。測(cè)量技術(shù)的進(jìn)展，要求對(duì)阻抗的測(cè)量既精確又快速，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)

6、測(cè)量和數(shù)字顯示。近年來(lái)，由于高性能微處理器的使用使得現(xiàn)在的阻抗測(cè)量?jī)x向數(shù)字化、智能化方向進(jìn)展。 （1）矢量阻抗測(cè)量原理 目前帶有微處理器的數(shù)字式阻抗測(cè)量?jī)x多采納矢量阻抗測(cè)量法，即從阻抗的基本定義動(dòng)身，依據(jù)被測(cè)阻抗元件兩端的電壓矢量和流過(guò)被測(cè)阻抗元件的電流矢量計(jì)算出被測(cè)阻抗元件的值。 （a）溝通電壓電流表法測(cè)阻抗 （b）引入標(biāo)準(zhǔn)阻抗測(cè)試原理 圖3阻抗測(cè)量原理 如圖3（a）所示，若已知被測(cè)阻抗的端電壓和流過(guò)被測(cè)阻抗的電流矢量，則可精確求得被測(cè)阻抗 （8） 若在圖4（a）中，將被測(cè)阻抗Zx與一標(biāo)準(zhǔn)阻抗Zb串聯(lián)，如圖4（b）所示，則可得 （9） 圖4矢量關(guān)系圖 可見(jiàn)，這樣就將對(duì)阻抗Zx的測(cè)量變成了測(cè)量?jī)蓚€(gè)矢量電壓的比。 被測(cè)阻抗Zx兩端電壓與標(biāo)準(zhǔn)阻抗Zb兩端電壓的矢量關(guān)系如圖2-28所示。圖中 （10） 若式（10）中Zb用標(biāo)準(zhǔn)電阻Rb代替，則 圖5阻抗電壓變換器 K，令，則由圖可知 （11） 式中 （12） （13） 由上兩式可知，放大器輸出電壓中包含有與信號(hào)源同相的重量，以及與正交的重量。因此，若能將和分別出來(lái)，則由式（12）可得 （14） 若被測(cè)元件是電感，則由（13）和（14）式得 （15） 若被測(cè)元件是電容，則由（15）和（13）式得 （16） 圖4中的鑒相器包含有乘法器和低通濾波器，鑒相