第7章 电路参数测量仪器设计

1、 电路参数测量仪器设计2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RRRC0L0L03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CCCR0R0L0R,04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LR0LC0LR05电阻器的频率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 RL06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|R07电容器的频率响应电容器

2、的频率响应L0的影响|z|R0理想 CR0CL08* * 测试信号（测试信号（ACAC）电平对电容器和铁芯电感器的影）电平对电容器和铁芯电感器的影响。响。与与ACAC有关的铁芯电感器有关的铁芯电感器与与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)测试信号电平：测试信号电平： 高K值中K值低K值CoV(b) 测试电流(AC)LoI9与直流偏置电压有与直流偏置电压有关的陶瓷电容器关的陶瓷电容器直流偏置电压与直流偏置电流有与直流偏置电流有关的铁芯电容器关的铁芯电容器* * 陶瓷电容器与铁芯电容器的直流偏置影响陶瓷电容器与铁芯电容器的直流偏置影响直流偏置直流偏置 高K值低K

3、值CoV0直流偏置电流oLI010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总之，集总参数元件由于受到寄生参数、测试信号电平、总之，集总参数元件由于受到寄生参数、测试信号电平、直流偏置、温度、以及其它因素的影响，在测量阻抗值直流偏置、温度、以及其它因素的影响，在测量阻抗值时需要综合考虑多种因素。时需要综合考虑多种因素。117.1.2 元件参数测量的基本技术电桥法电桥法321ZZZZxxZ2Z3Z1ZD电桥平衡电流流过检测器D为零时：12电桥法的优缺点和频率范围电桥法的优缺点和

4、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 13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QRXLXEZEI CVEVRXRXQEVRIVXXCXLXCOSCQ值值：电容上的电压与外加信号电压U之比。14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

5、 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 15 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抗ZX电流通过它所流经的电流通过它所流经的RS上的电压计算上的电压计算sxRVVVIVVZ22121V1V2RSZXIOSC16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

6、17RF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 122212121121VVRRVRVVIIVIVZxRV1VV2RI1ZXIOSCRI2R18(b)(b)高阻抗类型高阻抗类型 RVxV2V1ZXIOSCRR2122/21221VVRRVVVIVZxxV1=Vx+V2A AB B19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

7、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 20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）电压电流转换放大器使电压电流转换放大器使R R上的电流与上的电流与DUTDUT上的电上的电流保持平衡流保持平衡 21自动平衡电桥法的优缺点和频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

8、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 22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 用用网络分析仪网络分析仪提供激励并测量响应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OSCZXV1V223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l高频率范围高频率范围 l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 l改变测量频

9、率需要重新校准改变测量频率需要重新校准 l阻抗测量范围窄阻抗测量范围窄 l频率范围频率范围 ：300KHz 300KHz 3GHz3GHz 24网络分析法300KHz1101001K10K100K1M10M100M 1G10G10KHz70MHz10KHz110MHz1 MHz3GHzRF电压电流法电压-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的对应：频率和测量方法的对应：25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须首先考虑测量的要求和条件，然后选择最合必须首先考虑测量的要求和条件，然后选择最合适的

10、方法适的方法需要考虑的因素包括频率覆盖范围、测量量程、需要考虑的因素包括频率覆盖范围、测量量程、测量精度和操作的方便性测量精度和操作的方便性 没有一种方法能包括所有的测量能力，因而在选没有一种方法能包括所有的测量能力，因而在选择测量方法时需折衷考虑择测量方法时需折衷考虑 262.仪器分类27另另The End287.3 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 297.3.1 电压电流法电压电流法 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： jXRIUZx.jxeY

11、jBGZY1307.3.2 电桥法电桥法1) 电桥的平衡条件 用指数形式表示 上式必须同时满足 324xzzzz324324jjjjxezezezezx324x324xzzzzxZ2Z3Z4ZD交流电桥DD为检流计。312)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号源测量信号源323） 变压器耦合臂电桥 两电桥的平衡条件都为：s21xZwwZ电压比例臂构成的桥路xZSZ1W2W电流比例臂构成的桥路xZSZ1W2W1.I2.ID DD D334）电桥法测量集总参数元件的误差来源 标准元件值的误差 电桥指示器的误

12、差 屏蔽不良引起误差 另外，寄生耦合和外界电磁场的干扰也会引起误差。347.3.3 谐振法测量元件参数谐振法测量元件参数 谐振法测量原理图CMVALLCCLCLLC202000011011测量高频电路参数的重要方法。测量高频电路参数的重要方法。当回路达到谐振时当回路达到谐振时: :35（1）直接测量思路一思路一：根据谐振频率和已知标准电感值：根据谐振频率和已知标准电感值L L求电容求电容C C ; ;思路二思路二：根据谐振频率和已知标准电容值：根据谐振频率和已知标准电容值C C求电感求电感L .L .36谐振法直接测电容xCsC0f振荡器DML当当C CX X较小时，并较小时，并联接入联接入

13、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（如虚线所示），调回路至谐振; ;然然后接入被测电容后接入被测电容C CX X ，调节可变电容至再次谐振。，调节可变电容至再次谐振。21ssxCCC当当C 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1221ssssxCCCCC（2）替代法：直接测电容37（2）替代法： 并联替代法:测量较大的电感 并联替代法测量电感的原理图信信号号源源sCLVxL12241sCfL222411sxCfLL)(411222ssxCCfL38sCLVxL 串联替代法测电感 12241sCfL22241sxCfLL2122214ssssxCCfCCL397.4 7.4 阻抗的数字测量法阻抗的数字测量法 1.矢量电流-电压法的原理 （1）固定轴法 （2）自由轴法2.智能化LCR测量仪的基本组成 407.4.1 矢量电流-电压法1.矢量电流-电压法的原理 jXRIUZ.xZsRsUxUU