電子測量原理課程課件

第6章阻抗測量

26.1引言6.2阻抗標(biāo)準(zhǔn)6.3阻抗的模擬測量法6.4阻抗的數(shù)字測量法-元件的工業(yè)趨勢VHS3214567890*#6.1慨述6.1.1集總參數(shù)元件特性表征1.阻抗定義及表示方法

阻抗定義圖阻抗兩種坐標(biāo)形式的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：DUT實軸+j-j電阻電感電容虛軸2.電阻器、電容器、電感器的電路模型(1)真值，有效值和指示值(2)元件的影響因素測試信號頻率測試信號電頻直流偏置電壓和電流溫度其它影響因素

（環(huán)境，濕度，老化等）理想電阻考慮引線電感考慮引線電感和分布電容電阻器RRRC0L0L0理想電容考慮泄漏、引線電阻和電感考慮泄漏、介質(zhì)損耗等電容器CCCR0R0L0R,0電感器理想電感考慮導(dǎo)線損耗考慮導(dǎo)線損耗和分布電容LR0LC0LR0測量器件的寄生參數(shù)影響DUT電阻器的頻率響應(yīng)寄生電容C0R低阻值電阻理想R?R|z|高阻值電阻理想R?R|z|引線電感

RL0電感器的頻頻率響應(yīng)C0LR0LC0R0C0的影響|z|理想L?R0理想LC0的影響|z|?R0電容器的頻頻率響應(yīng)L0的影響|z|R0理想C?R0CL0測試信號（（AC）電電頻對電容容器和鐵芯芯電感器的的影響與AC有關(guān)關(guān)的磁芯電電感器與AC電壓壓有關(guān)的陶陶瓷電容器器(a)測測試電壓壓(AC)②測試信號號電頻：高K值中K值低K值ΔCoV(b)測試電流(AC)ΔLoI與直流偏置置電壓有關(guān)關(guān)的電容器器直流偏置電電壓與直流偏置置電流有關(guān)關(guān)的磁芯電電感器陶瓷電容器器與鐵芯電電感器的直直流偏置影影響③直流偏置置高K值低K值ΔCoV0直流偏置電電流oΔLI0④溫度時間溫度中K值高K值陶瓷電容器器的溫度相相關(guān)性陶瓷電容器器的老化相相關(guān)性oΔCΔCo110102103104256.1.2元件參數(shù)數(shù)測量的基基本技術(shù)電橋法D1.測測量方法概概述電橋法的優(yōu)優(yōu)缺點和頻頻率范圍高精度（0.1%典型值）使用不同電電橋可得到到寬頻率范范圍價格低需要手動平平衡單臺儀器的的頻率覆蓋蓋范圍較窄窄頻率范圍：DC~300MHz諧振法改變電容C直到電路諧諧振諧振時XL=XC僅有RX存在VRXDUTLXECVOSC諧振法的優(yōu)優(yōu)缺點和頻頻率范圍可測很高的的Q值需要調(diào)諧到到諧振阻抗測量精精度低頻率范圍：10KHz~70MHz電壓電流法法由測量的電電壓值和電電流值計算算被測阻抗抗ZX電流通過它它所流經(jīng)的的RS上的電壓計計算V1V2RSZXIOSC電壓電流法法的優(yōu)缺點點和頻率范范圍可測量接地地器件適合于探頭頭類測試需需要使用簡單工作頻率范范圍受使用用探頭的變變壓器的限限制頻率范圍：10KHz~100MHzRF電壓電流法法(a)低阻阻抗類型射頻電壓電電流法與低低頻電壓電電流法的原原理相同有兩種連接接電壓表和和電流表的的方法RV1VV2RI1ZXIOSCRI2(b)高阻阻抗類型RVV2V1ZXIOSCRR——2射頻電壓電電流法的優(yōu)優(yōu)缺點和頻頻率范圍高精度（0.1%典型值）高頻下的寬寬阻抗范圍圍工作頻率范圍圍受使用探頭頭的變壓器的的限制頻率范圍：1MHz~3GHz自動平衡電橋橋法-+DUTHLR虛地V1II2I=I2V2=I2RZ=V1I=V1RV2V1I2=V2通過DUT的電流也通過過電阻R“L”點的電位保持持為0V（稱為虛地））───自動平衡電橋橋法的優(yōu)缺點點和頻率范圍圍高精度（0.05%典型值）很寬的測量范范圍使用簡單不能適應(yīng)更高高的頻率范圍圍頻率范圍：20Hz~110MHz網(wǎng)絡(luò)分析法通過測量輸入入信號與反射射信號之比得得到反射系數(shù)數(shù)用定向耦合器器或電橋檢測測反射信號用網(wǎng)絡(luò)分析儀儀提供激勵并并測量響應(yīng)DUTVINCVR輸入信號反射信號定向偶合器或或電橋OSCZXV1V2網(wǎng)絡(luò)分析法的的優(yōu)缺點和頻頻率范圍高頻率范圍當(dāng)被測阻抗接接近特征阻抗抗時得到高精精度改變測量頻率率需要重新校校準(zhǔn)阻抗測量范圍圍窄頻率范圍：300KHz~3GHz-哪個值正確?ZAnalyzerQ:165Q:120LCRmeterQ:165Q=120?DUTL:5.231uH?DUTL:5.310uHLCRmeter5.310uHLCRmeter5.231uHuH網(wǎng)絡(luò)分析法300KHz1101001K10K100K1M10M100M1G10G10KHz70MHz10KHz110MHz1MHz3GHzRF電壓電流法電壓-電流法法諧振法0HZ300MHz電橋法20HZ110MHz自動平電橋法頻率和測量方方法選擇正確的測測量方法每種方法都有有其各自的優(yōu)優(yōu)缺點必須首先考慮慮測量的要求求和條件，然然后選擇最合合適的方法需要考慮的因因素包括頻率率覆蓋范圍、、測量量程、、測量精度和和操作的方便便性沒有一種方法法能包括所有有的測量能力力，因而在選選擇測量方法法時需折衷考考慮2.儀器分類類阻抗測量儀器器分為兩種一種是利用模模擬阻抗測量量的儀器采用電橋法的的：萬用電橋橋；惠斯登電電橋等各種電電橋儀器采用諧振法的的：Q表采用電壓-電流法的：多多用表；可變變電阻器；參參數(shù)測測儀另一種是數(shù)字式式阻抗測量儀儀器采用RF電壓電流法的的：射頻阻抗抗分析儀采用自動平衡衡電橋法的：：LF阻抗測量儀采用網(wǎng)絡(luò)分析析法的：網(wǎng)絡(luò)絡(luò)分析儀3.測試連連接頭所有阻抗測試試都涉及連接接頭的問題.常用的連接接方法有：兩端接線柱式式（或香蕉插插頭）適用于于Q表等低準(zhǔn)確度度諧振式阻抗抗儀器有極性的同軸軸的連接頭中性精密同軸軸連接頭三端連接頭、、四端連接頭頭、五端連接頭四端對接頭阻抗的連接圖圖、示意圖和和測量范圍兩端連接頭HpLCDUTLPHCHC為電流高端Hp為電位高端LP為電位低端LC為電流低端(a)連接圖圖R0L0DUTVAR0L0(b)示意圖圖1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M2T(c)阻抗測量范圍C0三端連接頭HpLCDUTLPHC(a)連接圖圖(b)示意圖R0L0DUTVAR0L0C0(d)具有屏屏蔽的兩端連連接頭1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M3T(c)阻抗測量范圍DUTVA四端連接頭HpLCDUTLPHCDUTVA1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M4T(a)連接圖圖(b)示意圖圖(c)阻抗測量范圍五端連接頭HpLCDUTLPHCDUTVA(a)連接圖圖(b)示意圖圖1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M5TDUTVA(d)具有屏屏蔽的四端連連接頭(c)阻抗測量范圍四端對連接頭頭HpLCDUTLPHC(a)連接圖(b)示意圖DUTVA1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M4TP(c)阻抗測量范圍實際的阻抗測測量范圍不僅僅取決于測量量儀器，而且且也取決于四四端對連接頭頭與DUT的的正確連接。。否則也會限限制測量范圍圍。每種連接方法法各有優(yōu)缺點點，必須根據(jù)據(jù)DUT的阻阻抗和要求的的測量精度，，選擇最適合合的連接方法法。6.2阻抗抗標(biāo)準(zhǔn)6.2.1電電阻標(biāo)準(zhǔn)1）標(biāo)準(zhǔn)概況況2）標(biāo)準(zhǔn)電阻阻器6.2.2電電容標(biāo)準(zhǔn)1）標(biāo)準(zhǔn)概況況2）標(biāo)準(zhǔn)電容容器6.2.3電電感標(biāo)準(zhǔn)1）標(biāo)準(zhǔn)概況況2)標(biāo)準(zhǔn)電感感器6.2.1電電阻標(biāo)準(zhǔn)1）標(biāo)準(zhǔn)概況況電阻計量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)器具分為一一等和二等兩兩個等級一等電阻標(biāo)準(zhǔn)包包括10-3Ω，10-2Ω，10-1Ω，1Ω，10Ω，102Ω，103Ω，104Ω，105Ω9個標(biāo)稱值及及一等電阻標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)裝置。二等電電阻標(biāo)準(zhǔn)除上述述9個標(biāo)稱值及及電阻標(biāo)準(zhǔn)裝置置外，還有106Ω和107Ω及其相應(yīng)裝裝置。電阻工作計量器器具有13個標(biāo)標(biāo)稱值,從10-4Ω到108Ω.每個標(biāo)稱值值又有0.00005級到0.2級不等的的7到9個準(zhǔn)確確度等級。電壓端子2）標(biāo)準(zhǔn)電阻器器水銀罩電流端子插入溫度表無感線圈的錳銅銅電阻線(a)構(gòu)造電流端子電流端子電壓端子(b)外觀圖6-8標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)電阻器6.2.2電容容標(biāo)準(zhǔn)1）標(biāo)準(zhǔn)概況標(biāo)準(zhǔn)電容器分為為三等。一等和和二等標(biāo)準(zhǔn)電容容量具采用標(biāo)稱稱值分別為1PF，10PF，100pF和1000PF的標(biāo)準(zhǔn)電容容器。它們的差差別在不確定度度和年穩(wěn)定度。。三等標(biāo)準(zhǔn)電容量量具采用標(biāo)稱值值為10-4PF-1F的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)電容器。2）標(biāo)準(zhǔn)電容器器端子1端子2接地端(b)外觀水晶極板蔽罩端子1端子2接地端(a)構(gòu)造6.2.3電感感標(biāo)準(zhǔn)1）標(biāo)準(zhǔn)概況采用標(biāo)稱值為1μH-10000H的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)電感器作為標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)電感量具。。標(biāo)準(zhǔn)電感量具具分成0.01級、0.02級、0.05級、0.1級、0.2級級、0.5級和和1.0級，對對應(yīng)的級別指數(shù)數(shù)a為0.01，0.02，，0.05，0.1，0.2，0.5和1.0，對應(yīng)的的最大允許誤差差δ和年穩(wěn)定度度γ為a%。2)標(biāo)準(zhǔn)電感器器1.511線圈大理石(a)構(gòu)造面（（剖面圖）RLC(b)等效電路路圖6.3阻抗的模模擬測量法6.3.1電電壓電流法6.3.2電電橋法6.3.3諧諧振法測量元元件參數(shù)6.3.4Q值測量6.3.1電電壓電流法電壓-電流法又又叫伏安法，即即利用歐姆定律律，用測量的電電壓值和電流值值計算被測阻抗抗值：被測器件的導(dǎo)納納為：6.3.2電電橋法1)電橋的的平衡條件用指數(shù)形式表示示上式必須同時滿滿足D交流電橋2)交流四臂電電橋精密萬用電橋方方框圖平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)測量橋路平衡指示電路顯示電路電源測量信號源3）變壓器耦耦合臂電橋兩電橋的平衡條條件都為電壓比例臂構(gòu)成成的橋路電流比例臂構(gòu)成成的橋路DD4）電橋橋法測量量集總參參數(shù)元件件的誤差差①標(biāo)準(zhǔn)元件件值的誤誤差②電橋指示示器的誤誤差③屏蔽不良良引起誤誤差寄生耦合合和外界界電磁場場的干擾擾也會引引起誤差差。6.3.3諧振振法測量量元件參參數(shù)諧振法測測量原理理圖當(dāng)回路達(dá)達(dá)到諧振振時:（1）直直接測量量諧振法直接測電容振蕩器當(dāng)CX較小時選擇適當(dāng)當(dāng)電感L(不不必為標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)電感感)，接接入標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)可變電電容CS（如虛線線所示）），調(diào)回回路至諧諧振，然然后接入入被測電電容CX當(dāng)CX較大時CX應(yīng)和CS串聯(lián)接入入（2）替替代法：：①并聯(lián)替替代法并聯(lián)替代代法測量量電感的的原理圖圖信號源串聯(lián)替代代法測電電感②串聯(lián)替替代法1.Q表組組成原理理及測量量原理Q表是根根據(jù)諧振振原理制制成的，，又稱為為品質(zhì)因因素測量量儀。它它由高頻頻振蕩器器、測量量電路和和輸入、、輸出指指示器等等組成。。2．Q表表測量量中產(chǎn)生生測量誤誤差的因因素Q表的的基本組組成框圖圖高頻振蕩器6.3.4Q值測測量6.4阻阻抗的的數(shù)字測測量法6.4.1矢矢量電電流-電電壓法1.矢量量