第六章阻抗測量

第六章阻抗測量第一頁，共七十一頁，2022年，8月28日-元件的工業(yè)趨勢VHS3214567890*#第二頁，共七十一頁，2022年，8月28日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

阻抗定義圖第三頁，共七十一頁，2022年，8月28日阻抗兩種坐標(biāo)形式的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：DUT實(shí)軸+j-j電阻電感電容虛軸第四頁，共七十一頁，2022年，8月28日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(hào)頻率測試信號(hào)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）第五頁，共七十一頁，2022年，8月28日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第六頁，共七十一頁，2022年，8月28日理想電容考慮泄漏、引線電阻和電感考慮泄漏、介質(zhì)損耗等

電容器CCCR0R0L0R,0第七頁，共七十一頁，2022年，8月28日

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第八頁，共七十一頁，2022年，8月28日測量器件的寄生參數(shù)影響DUT第九頁，共七十一頁，2022年，8月28日電阻器的頻率響應(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第十頁，共七十一頁，2022年，8月28日電感器的頻率響應(yīng)C0

LR0LC0R0C0的影響|z|理想L?R0理想LC0的影響|z|?R0第十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日電容器的頻率響應(yīng)L0的影響|z|R0理想C?R0CL0第十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日測試信號(hào)（AC）電頻對(duì)電容器和鐵芯電感器的影響與AC有關(guān)的磁芯電感器與AC電壓有關(guān)的陶瓷電容器(a)測試電壓(AC)②測試信號(hào)電頻：

高K值中K值低K值ΔCoV(b)測試電流(AC)ΔLoI第十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日與直流偏置電壓有關(guān)的電容器直流偏置電壓與直流偏置電流有關(guān)的磁芯電感器陶瓷電容器與鐵芯電感器的直流偏置影響③直流偏置高K值低K值ΔCoV0直流偏置電流oΔLI0第十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日④溫度時(shí)間溫度中K值高K值陶瓷電容器的溫度相關(guān)性陶瓷電容器的老化相關(guān)性oΔCΔCo11010210310425第十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日6.1.2元件參數(shù)測量的基本技術(shù)電橋法D1.測量方法概述

第十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日電橋法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍高精度（0.1%典型值）

使用不同電橋可得到寬頻率范圍

價(jià)格低

需要手動(dòng)平衡

單臺(tái)儀器的頻率覆蓋范圍較窄

頻率范圍：DC~300MHz

第十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日諧振法

改變電容C直到電路諧振諧振時(shí)XL=XC僅有RX存在VRXDUTLXECVOSC第十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日諧振法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍可測很高的Q值需要調(diào)諧到諧振阻抗測量精度低頻率范圍：10KHz~70MHz

第十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日

電壓電流法

由測量的電壓值和電流值計(jì)算被測阻抗ZX電流通過它所流經(jīng)的RS上的電壓計(jì)算V1V2RSZXIOSC第二十頁，共七十一頁，2022年，8月28日電壓電流法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍可測量接地器件適合于探頭類測試需要使用簡單工作頻率范圍受使用探頭的變壓器的限制頻率范圍：10KHz~100MHz

第二十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日RF電壓電流法

(a)低阻抗類型

射頻電壓電流法與低頻電壓電流法的原理相同有兩種連接電壓表和電流表的方法RV1VV2RI1ZXIOSCRI2第二十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日(b)高阻抗類型

RVV2V1ZXIOSCRR——2第二十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日射頻電壓電流法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍高精度（0.1%典型值）高頻下的寬阻抗范圍工作頻率范圍受使用探頭的變壓器的限制頻率范圍：1MHz~3GHz

第二十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日自動(dòng)平衡電橋法

-+DUTHLR虛地V1II2I=I2V2=I2RZ=V1I=V1RV2V1I2=V2通過DUT的電流也通過電阻R“L”點(diǎn)的電位保持為0V（稱為虛地）───第二十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日自動(dòng)平衡電橋法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍高精度（0.05%典型值）很寬的測量范圍使用簡單不能適應(yīng)更高的頻率范圍頻率范圍：20Hz~110MHz

第二十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日網(wǎng)絡(luò)分析法通過測量輸入信號(hào)與反射信號(hào)之比得到反射系數(shù)用定向耦合器或電橋檢測反射信號(hào)用網(wǎng)絡(luò)分析儀提供激勵(lì)并測量響應(yīng)DUTVINCVR輸入信號(hào)反射信號(hào)定向偶合器或電橋OSCZXV1V2第二十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日網(wǎng)絡(luò)分析法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍高頻率范圍當(dāng)被測阻抗接近特征阻抗時(shí)得到高精度改變測量頻率需要重新校準(zhǔn)阻抗測量范圍窄頻率范圍：300KHz~3GHz

第二十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日-哪個(gè)值正確?ZAnalyzerQ:165Q:120LCRmeterQ:165Q=120?DUTL:5.231uH?DUTL:5.310uHLCRmeter5.310uHLCRmeter5.231uHuH第二十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日網(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(dòng)平電橋法頻率和測量方法第三十頁，共七十一頁，2022年，8月28日選擇正確的測量方法每種方法都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)必須首先考慮測量的要求和條件，然后選擇最合適的方法需要考慮的因素包括頻率覆蓋范圍、測量量程、測量精度和操作的方便性沒有一種方法能包括所有的測量能力，因而在選擇測量方法時(shí)需折衷考慮第三十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日2.儀器分類阻抗測量儀器分為兩種一種是利用模擬阻抗測量的儀器

采用電橋法的：萬用電橋；惠斯登電橋等各種電橋儀器采用諧振法的：Q表采用電壓-電流法的：多用表；可變電阻器；參數(shù)測測儀第三十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日另一種是數(shù)字式阻抗測量儀器采用RF電壓電流法的：射頻阻抗分析儀采用自動(dòng)平衡電橋法的：LF阻抗測量儀采用網(wǎng)絡(luò)分析法的：網(wǎng)絡(luò)分析儀

第三十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日3.測試連接頭

所有阻抗測試都涉及連接頭的問題.常用的連接方法有：兩端接線柱式（或香蕉插頭）適用于Q表等低準(zhǔn)確度諧振式阻抗儀器有極性的同軸的連接頭中性精密同軸連接頭三端連接頭、四端連接頭、五端連接頭

四端對(duì)接頭

第三十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日阻抗的連接圖、示意圖和測量范圍

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)連接圖第三十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日R0L0DUTVAR0L0(b)示意圖1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M2T(c)阻抗測量范圍C0第三十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日三端連接頭HpLCDUTLPHC(a)連接圖(b)示意圖R0L0DUTVAR0L0C0第三十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日(d)具有屏蔽的兩端連接頭1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M3T(c)阻抗測量范圍DUTVA第三十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日四端連接頭HpLCDUTLPHCDUTVA1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M4T(a)連接圖(b)示意圖(c)阻抗測量范圍第三十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日五端連接頭HpLCDUTLPHCDUTVA(a)連接圖(b)示意圖第四十頁，共七十一頁，2022年，8月28日1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M5TDUTVA(d)具有屏蔽的四端連接頭(c)阻抗測量范圍第四十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日四端對(duì)連接頭HpLCDUTLPHC(a)連接圖第四十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日(b)示意圖DUTVA1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M4TP(c)阻抗測量范圍第四十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日

實(shí)際的阻抗測量范圍不僅取決于測量儀器，而且也取決于四端對(duì)連接頭與DUT的正確連接。否則也會(huì)限制測量范圍。每種連接方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，必須根據(jù)DUT的阻抗和要求的測量精度，選擇最適合的連接方法。第四十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日6.2阻抗標(biāo)準(zhǔn)

6.2.1電阻標(biāo)準(zhǔn)1）標(biāo)準(zhǔn)概況2）標(biāo)準(zhǔn)電阻器6.2.2電容標(biāo)準(zhǔn)

1）標(biāo)準(zhǔn)概況2）標(biāo)準(zhǔn)電容器

6.2.3電感標(biāo)準(zhǔn)

1）標(biāo)準(zhǔn)概況2)標(biāo)準(zhǔn)電感器

第四十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日電阻標(biāo)準(zhǔn)1）標(biāo)準(zhǔn)概況電阻計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具分為一等和二等兩個(gè)等級(jí)一等電阻標(biāo)準(zhǔn)包括10-3Ω，10-2Ω，10-1Ω，1Ω，10Ω，102Ω，103Ω，104Ω，105Ω9個(gè)標(biāo)稱值及一等電阻標(biāo)準(zhǔn)裝置。二等電阻標(biāo)準(zhǔn)除上述9個(gè)標(biāo)稱值及電阻標(biāo)準(zhǔn)裝置外，還有106Ω和107Ω及其相應(yīng)裝置。

電阻工作計(jì)量器具有13個(gè)標(biāo)稱值,從10-4Ω到108Ω.每個(gè)標(biāo)稱值又有0.00005級(jí)到0.2級(jí)不等的7到9個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)。第四十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日電壓端子2）標(biāo)準(zhǔn)電阻器水銀罩電流端子插入溫度表無感線圈的錳銅電阻線(a)構(gòu)造電流端子電流端子電壓端子(b)外觀圖6-8標(biāo)準(zhǔn)電阻器第四十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日電容標(biāo)準(zhǔn)1）標(biāo)準(zhǔn)概況標(biāo)準(zhǔn)電容器分為三等。一等和二等標(biāo)準(zhǔn)電容量具采用標(biāo)稱值分別為1PF，10PF，100pF和1000PF的標(biāo)準(zhǔn)電容器。它們的差別在不確定度和年穩(wěn)定度。三等標(biāo)準(zhǔn)電容量具采用標(biāo)稱值為10-4PF-1F的標(biāo)準(zhǔn)電容器。第四十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日2）標(biāo)準(zhǔn)電容器端子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)造第四十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日電感標(biāo)準(zhǔn)

1）標(biāo)準(zhǔn)概況

采用標(biāo)稱值為1μH-10000H的標(biāo)準(zhǔn)電感器作為標(biāo)準(zhǔn)電感量具。標(biāo)準(zhǔn)電感量具分成0.01級(jí)、0.02級(jí)、0.05級(jí)、0.1級(jí)、0.2級(jí)、0.5級(jí)和1.0級(jí)，對(duì)應(yīng)的級(jí)別指數(shù)a為0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.5和1.0，對(duì)應(yīng)的最大允許誤差δ和年穩(wěn)定度γ為a%。第五十頁，共七十一頁，2022年，8月28日2)標(biāo)準(zhǔn)電感器1.511線圈大理石(a)構(gòu)造面（剖面圖）RLC(b)等效電路圖第五十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日6.3阻抗的模擬測量法

6.3.1電壓電流法

6.3.2電橋法

6.3.3諧振法測量元件參數(shù)

6.3.4Q值測量

第五十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日6.3.1電壓電流法

電壓-電流法又叫伏安法，即利用歐姆定律，用測量的電壓值和電流值計(jì)算被測阻抗值：

被測器件的導(dǎo)納為：

第五十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日6.3.2電橋法1)電橋的平衡條件

用指數(shù)形式表示

上式必須同時(shí)滿足

D交流電橋第五十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日2)交流四臂電橋

精密萬用電橋方框圖平衡調(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(hào)源第五十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日3）變壓器耦合臂電橋

兩電橋的平衡條件都為

電壓比例臂構(gòu)成的橋路電流比例臂構(gòu)成的橋路DD第五十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日4）電橋法測量集總參數(shù)元件的誤差

①標(biāo)準(zhǔn)元件值的誤差

②電橋指示器的誤差

③屏蔽不良引起誤差

寄生耦合和外界電磁場的干擾也會(huì)引起誤差。

第五十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日6.3.3諧振法測量元件參數(shù)

諧振法測量原理圖當(dāng)回路達(dá)到諧振時(shí):第五十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日

（1）直接測量

諧振法直接測電容振蕩器當(dāng)CX較小時(shí)

選擇適當(dāng)電感L(不必為標(biāo)準(zhǔn)電感)，接入標(biāo)準(zhǔn)可變電容CS（如虛線所示），調(diào)回路至諧振，然后接入被測電容CX當(dāng)CX較大時(shí)CX應(yīng)和CS串聯(lián)接入第五十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日（2）替代法：

①并聯(lián)替代法

并聯(lián)替代法測量電感的原理圖信號(hào)源第六十頁，共七十一頁，2022年，8月28日

串聯(lián)替代法測電感

②串聯(lián)替代法第六十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日1.Q表組成原理及測量原理Q表是根據(jù)諧振原理制成的，又稱為品質(zhì)因素測量儀。它由高頻振蕩器、測量電路和輸入、輸出指示器等組成。

2．Q表測量中產(chǎn)生測量誤差的因素

Q表的基本組成框圖

高頻振蕩器6.3.4Q值測量第六十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日6.4阻抗的數(shù)字測量法

矢量電流-電壓法

1.矢量電流-電壓法的原理

（1）固定軸法

（2）自由軸法2.智能化LCR測量儀的基本組成

自動(dòng)平衡電橋

第六十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日6.4.1