阻抗分析仪的操作与应用

1、曹明琛、胡亚男2015年1月5日Operation and Application of Impedance Analyzer无损检测与评价研究所无损检测与评价研究所-现代仪器与仿真技术交流论坛现代仪器与仿真技术交流论坛阻抗分析仪的操作与应用阻抗分析仪的操作与应用目录目录阻抗分析仪简介阻抗参数测量阻抗匹配阻抗分析仪扫频测量数据存储阻抗分析仪简介阻抗分析仪简介厂家：Agilent Technologies（美国安捷伦科技公司）名称：Agilent 4294A精密阻抗分析仪 (4294A Pricision Impedance Analyzer)范围：40Hz-110MHz功能：对元件和电路进行高

2、效率阻抗测量和分析。实现高性能网络分析仪、频谱分析仪和阻抗分析仪的功能。对各种电子器件以及电子材料和非电子材料的精密阻抗进行测量。40Hz-110MHzAgilent 4294A精密阻抗分析仪阻抗分析仪简介阻抗分析仪简介显示区功能选择区数字输入区操作夹持区数据存储区屏幕显示按钮阻抗分析仪简介阻抗分析仪简介阻抗分析仪简介阻抗分析仪简介| |技术指标技术指标电子器件的测量无源器件：测量两个端口或引线的器件的阻抗，包括电容器、电感器、铁氧体磁珠、电阻器、变压器、多芯片模块或阵列/网络元器件。半导体元件：l 变容二极管的 C-V 特性分析。l 对二极管、晶体管或 IC 封装端子/引线的寄生参数进行分析

3、。l 放大器输入/输出阻抗测量。其他元器件：测量印刷电路板、继电器、开关、电缆和电池等元件的阻抗。材料的测量电介质材料：测量塑料、陶瓷、印刷电路板及其它电介质材料的介电常数和损耗角正切值。磁性材料：测量铁氧体、非晶硅和其它磁性材料的导磁率和损耗角正切值。半导体材料：半导体材料的电容率、导电性和 C-V 特性。阻抗分析仪简介阻抗分析仪简介| |典型应用典型应用阻抗分析仪简介阻抗分析仪简介| |前面板前面板Meas-激活软键进行测试参数选择 Format-可调整曲线的显示方式（线性/对数） Display-可进入选择电路的等效模型等 Scale Ref-可调整曲线的刻度 Bw/Avg-可调整带宽和

4、平均 Cal-进行校准相关操作 可选择激活当前操作曲线（曲线A/B） Sweep-对测试信号进行配置 Source-调整信号电平，DC偏置等 Trigger-触发设置 Start-设置起始扫描参数 Stop-设置终止扫描参数 Center-设置中心频率 Span-设置频率范围 阻抗分析仪简介阻抗分析仪简介| |前面板前面板旋钮-可连续调节数值 和-可步进调节数值 Entry Off-关闭输入 Back Space-删除键 0 - 9 . -可设置具体数值及命名文件名 G/nM/k/mx1-设置变量单位 Marker-激活标记读数功能 Marker-寻找特定读数下的相关参数 Search-寻找峰

5、值、选定值等 Utility-激活其他标记功能 System-对仪器进行全局控制 Local-在被远程操控和本地工作状态间切换 Preset-将仪器恢复至出厂状态 Copy-将屏幕信息打印输出 Save-对数据、图标等信息进行存储. Recall-载入目标文件的参数 LCD 屏右侧软键配合以上屏右侧软键配合以上项进行使用项进行使用 目录目录阻抗分析仪简介阻抗参数测量阻抗匹配阻抗分析仪扫频测量数据存储阻抗参数测量阻抗参数测量| |校准校准一. 开路校准 a. 按 Cal 键进入校准菜单 b. 按 FIXTURE COMPEN 键 c. 按 OPEN 键 屏幕短暂显示信息“WAIT-MEASURI

6、NG STANDARD” 后，右侧软键旁的标签内容由OPEN on OFF 变为 OPEN ON off 。二. 短路校准 a.首先取下夹具上的一个黄色片状金属“short bar”，按照图示插入LOW与HIGH的缝间，将螺丝扭紧。b. 按 SHORT 键 屏幕短暂显示信息“WAIT-MEASURING STANDARD” 后，右侧软键旁的标签内容由SHORT on OFF 变为 SHORT ON offc. 移除夹具上的“short bar” 测试夹具16047E校准 阻抗参数测量阻抗参数测量| |校准校准阻抗参数测量阻抗参数测量| |测量步骤测量步骤1. 打开电源2. 开机自检、校准3.

7、选择测试模式按Meas键后配合软键操作。如选择|Z|-模式，其中曲线A代表|Z|，曲线B代表。阻抗参数测量阻抗参数测量| |测量步骤测量步骤4. 输入起始、终止扫描参数如：起始扫描参数为900 Hz，终止扫描参数为1.1kHz a. 按 Start 键 b. 输入“900”，依次按 900 x1 键 c. 按 Stop 键 d. 输入“1.1”，依次按 1.1k/m 键 阻抗参数测量阻抗参数测量| |测量步骤测量步骤5. 显示设置a. 按 Display 键 b. 软键交替按下实现SPLIT on OFF与SPLIT ON off，即单、双窗口切换阻抗参数测量阻抗参数测量| |测量步骤测量步骤

8、6.自动调整曲线显示为最适合当前窗口a. 按 A 键激活A曲线， A 键左侧黄灯亮b. 按 Scale Ref 键 c. 按 AUTO SCALE 键自动调整|Z| d. 按 B 键激活B曲线 ， A 键左侧黄灯亮e. 按 AUTO SCALE 键自动调整 阻抗参数测量阻抗参数测量| |测量步骤测量步骤调整前调整后阻抗参数测量阻抗参数测量| |测量步骤测量步骤7.读取某一频率点处阻抗参数值按 Maker 键输入具体频率值或以旋转钮调整，读取阻抗参数值旋转钮数字输入目录目录阻抗分析仪简介阻抗参数测量阻抗匹配阻抗分析仪扫频测量数据存储阻抗匹配阻抗匹配| |原理原理目的：使磁致伸缩传感器的激励能量主

9、要集中于设计中心频率附近，通过外接电路对线圈进行阻抗匹配。阻抗测量曲线的斜率变化加剧，进而增加在该频率附近所激励出的超声波的能量。三段式线圈的原始阻抗测量结果三段式线圈阻抗匹配后的阻抗测量结果结论：在160kHz附近，阻抗曲线的斜率出现较大变化160kHz阻抗匹配阻抗匹配| |测量步骤测量步骤步骤1：打开前面板左下角的电源开关，开机自检、校准。步骤2：单击功能选择区按钮Meas，选择要测量物理量，如“|Z|-”，Cs-Rs等。步骤3：选择Start，设置阻抗测量的起始频率点，如需设置起始频率点为20kHz，则依次在前面板右上角的数字键区按下20，再单击“k/m”键，确定输入起始频率点为20kH

10、z。同样，选择stop按钮，设置阻抗测量的终止频率点，如在数字键区按下200，再单击“k/m”键，确定输入起始频率点为200kHz。操作夹持区显示区数字输入区功能选择区阻抗匹配阻抗匹配| |测量步骤测量步骤步骤4：选择按钮Display，对照显示屏中最右侧列表中的SPLIT on OFF选项，单击其右侧按钮，此时显示屏幕中将由单一视窗改变为上下两栏窗口，分别显示步骤2中所设置的两个物理量的测量结果。对上下两栏窗口的操作需要注意前面板顶部中央位置的A和B按钮。当按钮A左侧的黄灯点亮时，可操作窗口为上窗口；当选择按钮B时，其右侧黄灯将点亮，此时可操作窗口为下窗口。步骤5：依照步骤4，选择要操作的窗

11、口，再单击scale Ref按钮，选择显示屏中最右侧列表中的AUTO SCALE，此时在操作窗口中将自适应调整测量曲线的显示范围。步骤6：读取某个频率点的测量结果时，单击Marker按钮后，依照步骤3，在前面板右上角的数字键区按下所需观察的频率点即可。阻抗匹配阻抗匹配| |匹配步骤匹配步骤步骤1：运行Smith-Chart软件。作用：改变感应线圈的电路特性，调节LCR振荡电路的振荡频率，以符合传感器的中心频率。方式：感应线圈大多呈感性，主要通过并联电容方式改变感应线圈的阻抗曲线。假定一组感应线圈设计中心频率为160kHz，依前述阻抗测量步骤测得160kHz时感应线圈阻抗为|Z|=100.25，

12、相角为72.153。阻抗匹配阻抗匹配| |匹配步骤匹配步骤步骤2：点击图25左侧图中所示的工具栏的DATAPOINT按钮，弹出右侧图所示窗口，再选择Keyboard按钮，通过键盘输入感应线圈的测量阻抗。阻抗匹配阻抗匹配| |匹配步骤匹配步骤步骤3：在弹出的Data Point窗口中进行感应线圈阻抗的输入。选择默认的impedance(Ohm)按钮；由于测量阻抗为幅值与相角，需在极坐标下输入，点选polar按钮，在magnitude一栏输入阻抗值100.25，在angle一栏输入相角值72.153。在frequency一栏输入160.000，选择单位为kHz。再单击OK 。阻抗匹配阻抗匹配| |

13、匹配步骤匹配步骤步骤4：输入数据后，在smith圆图中将出现输入数据点的位置，在图中以红色方框表示并旁注黑色数字1。阻抗匹配阻抗匹配| |匹配步骤匹配步骤步骤5：阻抗匹配的原则是将原始阻抗中的相角调整为0，通过并联电容的方式可实现。点选工具栏中的SHUNT(并联)下的C(电容)，屏幕中出现从位置1开始的黑色弧线，移动鼠标可调整光标位置。要实现相角调零，参照界面下方的VSWR一栏的Z值，使得显示数值的虚部为0即可，或者移动光标至黑色弧线与smith圆图水平直径所在的绿色线段的交叉点处，单击鼠标，将出现蓝色弧线段。阻抗匹配阻抗匹配| |匹配步骤匹配步骤步骤6：匹配结束后，在Schematic一栏下

14、可查看等效电路，其中ZL表示原始输入阻抗，图标“|”为匹配电容，电容值为9.4nF。由此可知，需对感应线圈并联9.4nF的电容，以使在160kHz频率处，感应线圈的阻抗的相角值为0。注意：取消点击鼠标右键，点击两次，完全清除。阻抗匹配阻抗匹配| |匹配步骤匹配步骤步骤7：要将电路模型导出至word文档，点选主菜单的Edit-Copy，在弹出的Copy to Clipboard窗口中进行设置，单击OK，即可在word文档里通过Ctrl+V进行复制。 阻抗匹配完成后，对电容进行容值测量，使其为9.4nF，此处的电容一般为瓷片电容，需具有300V以上的耐压值。市场购买的电容标称值一般有较大误差，需要

15、通过实际容值测量确定其精确容值。准备好电容后，将其与感应线圈进行并联，并联后仍需再次利用Agilent 4294A型网络分析仪对其精确阻抗进行测量，观察相角是否已调整为0，一般在正负10度范围都可以接受。目录目录阻抗分析仪简介阻抗参数测量阻抗匹配阻抗分析仪扫频测量数据存储阻抗分析仪扫频阻抗分析仪扫频| |原理原理原理：压电片或传感器谐振频率点即为阻抗值变化最剧烈处。PZT阻抗分析仪扫频阻抗分析仪扫频| |扫频步骤扫频步骤1. 打开电源2. 开机自检、校准3. 选择测试模式按Meas键后配合软键操作。如选择|Z|-模式，其中曲线A代表|Z|，曲线B代表。阻抗分析仪扫频阻抗分析仪扫频| |扫频步骤

16、扫频步骤4. 按Format键，选择样式为LOG。阻抗分析仪扫频阻抗分析仪扫频| |扫频步骤扫频步骤5. 显示设置a. 按 Display 键 b. 软键交替按下实现SPLIT on OFF与SPLIT ON off，即单、双窗口切换。阻抗分析仪扫频阻抗分析仪扫频| |扫频步骤扫频步骤6. 频带宽度设置a. 按 Bw/Avg 键 b. 软键选择带宽为2。阻抗分析仪扫频阻抗分析仪扫频| |扫频步骤扫频步骤7. 扫查类型设置a. 按 Sweep 键 b. 软键选择TYPE为LOG。8. 输入起始、终止扫描参数如：起始扫描参数为100 Hz，终止扫描参数为300kHz a. 按 Start 键 b.

17、 输入“100”，依次按 100 x1 键 c. 按 Stop 键 d. 输入“300”，依次按 300k/m 键 阻抗分析仪扫频阻抗分析仪扫频| |扫频步骤扫频步骤9.自动调整曲线显示为最适合当前窗口a. 按 A 键激活A曲线， A 键左侧黄灯亮b. 按 Scale Ref 键 c. 按 AUTO SCALE 键自动调整|Z| d. 按 B 键激活B曲线 ， A 键左侧黄灯亮e. 按 AUTO SCALE 键自动调整 阻抗分析仪扫频阻抗分析仪扫频| |扫频步骤扫频步骤阻抗分析仪扫频阻抗分析仪扫频| |扫频结果扫频结果设计中心频率为200kHz，扫频中心频率为207kHz，结果相对吻合。目录目

18、录阻抗分析仪简介阻抗参数测量阻抗匹配阻抗分析仪扫频测量数据存储数据采集数据采集| |采集步骤采集步骤步骤1：使用82357A或82357B USB/GPIB 连接器连接4294A与PC 。步骤2：运行Agilent Connection Expert软件。双击单击数据采集数据采集| |采集步骤采集步骤步骤3：复制VISA address。数据采集数据采集| |采集步骤采集步骤步骤4：双击打开数据采集Excel。两次点击数据采集数据采集| |采集步骤采集步骤步骤5：启用宏，确定。注意：数据采集时Rmt指示灯亮，阻抗分析仪前面板将不能操作，若进行前面板操作，按下Local键即可。采集点数设置按 S

19、weep 键 。数据采集数据采集| |采集步骤采集步骤步骤6：在Data Transfer窗口粘贴步骤3复制的VISA address，点击Get Data获得数据，点击Get Image获得图像，保存。数据采集数据采集| |注意注意注意：当用Matlab读取并处理阻抗分析仪中采集并保存的数据时，每个Excel文档都会出现Data Transfer的对话框，下面进行相应处理。1)开发工具- 宏- 宏(M) Alt-F8 中发现删除按钮 变灰，无法删除2)工具- 宏- Visual Basic 编辑器- 模块,删除它就行了.3) VBA编辑器里，左边有个象树目录的窗口，用右键点击里面的东西- 菜单选查看代码，在右边会打开一个代码窗口，如果有代码就删除。 4) 如果树目录的窗口里有“模块”，就用右键点击选择“移除模块”。下页开始逐步图示数据采集数据采集| |删除删除Excel宏宏实际操作从第（3）步开始即可。1)禁用杀毒软件，防止资料备自动清除数据采集数据采集| |删除删除Excel宏宏在EXCEL表