电子测量原理课程课件

第6章阻抗测量

26.1引言6.2阻抗标准6.3阻抗的模拟测量法6.4阻抗的数字测量法-元件的工业趋势VHS3214567890*#6.1慨述6.1.1集总参数元件特性表征1.阻抗定义及表示方法

阻抗定义图阻抗两种坐标形式的转换关系为：DUT实轴+j-j电阻电感电容虚轴2.电阻器、电容器、电感器的电路模型(1)真值，有效值和指示值(2)元件的影响因素测试信号频率测试信号电频直流偏置电压和电流温度其它影响因素

（环境，湿度，老化等）理想电阻考虑引线电感考虑引线电感和分布电容电阻器RRRC0L0L0理想电容考虑泄漏、引线电阻和电感考虑泄漏、介质损耗等电容器CCCR0R0L0R,0电感器理想电感考虑导线损耗考虑导线损耗和分布电容LR0LC0LR0测量器件的寄生参数影响DUT电阻器的频率响应寄生电容C0R低阻值电阻理想RƒR|z|高阻值电阻理想RƒR|z|引线电感

RL0电感器的频频率响应C0LR0LC0R0C0的影响|z|理想LƒR0理想LC0的影响|z|ƒR0电容器的频频率响应L0的影响|z|R0理想CƒR0CL0测试信号（（AC）电频对电电容器和铁铁芯电感器器的影响与AC有关的磁芯芯电感器与AC电压有关的的陶瓷电容容器(a)测试电压(AC)②测试信号号电频：高K值中K值低K值ΔCoV(b)测试电流(AC)ΔLoI与直流偏置置电压有关关的电容器器直流偏置电电压与直流偏置置电流有关关的磁芯电电感器陶瓷电容器器与铁芯电电感器的直直流偏置影影响③直流偏置置高K值低K值ΔCoV0直流偏置置电流oΔLI0④温度时间温度中K值高K值陶瓷电容容器的温温度相关关性陶瓷电容容器的老老化相关关性oΔCΔCo110102103104256.1.2元件参数数测量的的基本技技术电桥法D1.测量方法法概述电桥法的的优缺点点和频率率范围高精度（（0.1%典型值））使用不同同电桥可可得到宽宽频率范范围价格低需要手动动平衡单台仪器器的频率率覆盖范范围较窄窄频率范围围：DC~300MHz谐振法改变电容容C直到电路路谐振谐振时XL=XC仅有RX存在VRXDUTLXECVOSC谐振法的的优缺点点和频率率范围可测很高高的Q值需要调谐谐到谐振振阻抗测量量精度低低频率范围围：10KHz~70MHz电压电流流法由测量的的电压值值和电流流值计算算被测阻阻抗ZX电流通过过它所流流经的RS上的电压压计算V1V2RSZXIOSC电压电流流法的优优缺点和和频率范范围可测量接接地器件件适合于探探头类测测试需要要使用简单单工作频率率范围受受使用探探头的变变压器的的限制频率范围围：10KHz~100MHzRF电压电流流法(a)低阻抗类类型射频电压压电流法法与低频频电压电电流法的的原理相同有两种连连接电压压表和电电流表的的方法RV1VV2RI1ZXIOSCRI2(b)高阻抗类类型RVV2V1ZXIOSCRR——2射频电压压电流法法的优缺缺点和频频率范围围高精度（（0.1%典型值））高频下的的宽阻抗抗范围工作频率率范围受受使用探探头的变变压器的的限制频率范围围：1MHz~3GHz自动平衡衡电桥法法-+DUTHLR虚地V1II2I=I2V2=I2RZ=V1I=V1RV2V1I2=V2通过DUT的电流也也通过电电阻R“L”点的电位位保持为为0V（称为虚虚地）───自动平衡衡电桥法法的优缺缺点和频频率范围围高精度（（0.05%典型值））很宽的测测量范围围使用简单单不能适应应更高的的频率范范围频率范围围：20Hz~110MHz网络分析析法通过测量量输入信信号与反反射信号号之比得得到反射射系数用定向耦耦合器或或电桥检检测反射射信号用网络分分析仪提提供激励励并测量量响应DUTVINCVR输入信号号反射信号号定向偶合合器或电电桥OSCZXV1V2网络分析析法的优优缺点和和频率范范围高频率范围当被测阻抗接接近特征阻抗抗时得到高精精度改变测量频率率需要重新校校准阻抗测量范围围窄频率范围：300KHz~3GHz-哪个值正确?ZAnalyzerQ:165Q:120LCRmeterQ:165Q=120?DUTL:5.231uH?DUTL:5.310uHLCRmeter5.310uHLCRmeter5.231uHuH网络分析法300KHz1101001K10K100K1M10M100M1G10G10KHz70MHz10KHz110MHz1MHz3GHzRF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方法选择正确的测测量方法每种方法都有有其各自的优优缺点必须首先考虑虑测量的要求求和条件，然然后选择最合合适的方法需要考虑的因因素包括频率率覆盖范围、、测量量程、、测量精度和和操作的方便便性没有一种方法法能包括所有有的测量能力力，因而在选选择测量方法法时需折衷考考虑2.仪器分类阻抗测量仪器器分为两种一种是利用模模拟阻抗测量量的仪器采用电桥法的的：万用电桥桥；惠斯登电电桥等各种电电桥仪器采用谐振法的的：Q表采用电压-电流法的：多多用表；可变变电阻器；参参数测测仪另一种是数字式式阻抗测量仪仪器采用RF电压电流法的的：射频阻抗抗分析仪采用自动平衡衡电桥法的：：LF阻抗测量仪采用网络分析析法的：网络络分析仪3.测试连接头所有阻抗测试试都涉及连接接头的问题.常用的连接方方法有：两端接线柱式式（或香蕉插插头）适用于于Q表等低准确度度谐振式阻抗抗仪器有极性的同轴轴的连接头中性精密同轴轴连接头三端连接头、、四端连接头头、五端连接头四端对接头阻抗的连接图图、示意图和和测量范围两端连接头HpLCDUTLPHCHC为电流高端Hp为电位高端LP为电位低端LC为电流低端(a)连接图R0L0DUTVAR0L0(b)示意意图图1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M2T(c)阻抗测量范围C0三端端连连接接头头HpLCDUTLPHC(a)连接接图图(b)示意图R0L0DUTVAR0L0C0(d)具有有屏屏蔽蔽的的两两端端连连接接头头1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M3T(c)阻抗测量范围DUTVA四端端连连接接头头HpLCDUTLPHCDUTVA1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M4T(a)连接接图图(b)示意意图图(c)阻抗测量范围五端端连连接接头头HpLCDUTLPHCDUTVA(a)连接接图图(b)示意意图图1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M5TDUTVA(d)具有有屏屏蔽蔽的的四四端端连连接接头头(c)阻抗测量范围四端端对对连连接接头头HpLCDUTLPHC(a)连接接图图(b)示意意图图DUTVA1m10m100m1101001K10K100K1M10M100M4TP(c)阻抗测量范围实际际的的阻阻抗抗测测量量范范围围不不仅仅取取决决于于测测量量仪仪器器，，而而且且也也取取决决于于四四端端对对连连接接头头与与DUT的正正确确连连接接。。否否则则也也会会限限制制测测量量范范围围。。每种种连连接接方方法法各各有有优优缺缺点点，，必必须须根根据据DUT的阻阻抗抗和和要要求求的的测测量量精精度度，，选选择择最最适适合合的的连连接接方方法法。。6.2阻抗抗标标准准6.2.1电阻阻标标准准1）标标准准概概况况2）标标准准电电阻阻器器6.2.2电容容标标准准1）标标准准概概况况2）标标准准电电容容器器6.2.3电感感标标准准1）标标准准概概况况2)标准准电电感感器器6.2.1电阻阻标标准准1）标标准准概概况况电阻阻计计量量标标准准器器具具分分为为一一等等和和二二等等两两个个等等级级一等等电电阻阻标标准准包包括括10-3Ω，10-2Ω，10-1Ω，1ΩΩ，10ΩΩ，102Ω，103Ω，104Ω，105Ω9个标称称值及及一等等电阻阻标准准装置置。二二等电电阻标标准除除上述述9个标称称值及及电阻阻标准准装置置外，，还有有106Ω和107Ω及其相相应装装置。。电阻工工作计计量器器具有有13个标称称值,从10-4Ω到108Ω.每个标标称值值又有有0.00005级到0.2级不等等的7到9个准确确度等等级。。电压端端子2）标准准电阻阻器水银罩罩电流端端子插入温温度表表无感线线圈的的锰铜铜电阻阻线(a)构造电流端端子电流端端子电压端端子(b)外观图6-8标准电电阻器器6.2.2电容标标准1）标准准概况况标准电电容器器分为为三等等。一一等和和二等等标准准电容容量具具采用用标称称值分分别为为1PF，10PF，100pF和1000PF的标准准电容容器。。它们们的差差别在在不确确定度度和年年稳定定度。。三等标标准电电容量量具采采用标标称值值为10-4PF-1F的标准准电容容器。2）标准准电容容器端子1端子2接地端(b)外观水晶极板蔽罩端子1端子2接地端(a)构造6.2.3电感标标准1）标准准概况况采用标标称值值为1μH-10000H的标准准电感感器作作为标标准电电感量量具。。标准准电感感量具具分成成0.01级、0.02级、0.05级、、0.1级、0.2级、0.5级和1.0级，对对应的的级别别指数数a为0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.5和1.0，对应应的最最大允允许误误差δ和年稳稳定度度γ为a%。2)标准电电感器器1.511线圈大理石(a)构造面面（剖剖面图图））RLC(b)等效电电路图图6.3阻抗的的模拟拟测量量法6.3.1电压电电流法法6.3.2电桥法法6.3.3谐振法法测量量元件件参数数6.3.4Q值测量量6.3.1电压电电流法法电压-电流法法又叫叫伏安安法，，即利利用欧欧姆定定律，，用测测量的的电压压值和和电流流值计计算被被测阻阻抗值值：被测器器件的的导纳纳为：：6.3.2电桥法法1)电桥的的平衡衡条件件用指数数形式式表示示上式必必须同同时满满足D交流电桥2)交流四四臂电电桥精密万万用电电桥方方框图图平衡调调节机机构测量桥桥路平衡指指示电电路显示电电路电源测量信信号源源3）变变压器器耦合合臂电电桥两电桥桥的平平衡条条件都都为电压比比例臂臂构成成的桥桥路电流比比例臂臂构成成的桥桥路DD4）电桥桥法测测量集集总参参数元元件的的误差差①标准元元件值值的误误差②电桥指指示器器的误误差③屏蔽不不良引引起误误差寄生耦耦合和和外界界电磁磁场的的干扰扰也会会引起起误差差。6.3.3谐振法法测量量元件件参数数谐振法法测量量原理理图当回路路达到到谐振振时:（1）直接接测量量谐振法直接测电容振荡器当CX较小时时选择适适当电电感L(不必为为标准准电感感)，接入入标准准可变变电容容CS（如虚虚线所所示）），调调回路路至谐谐振，，然后后接入入被测测电容容CX当CX较大时时CX应和CS串联接接入（2）替代代法：：①并联联替代代法并联替替代法法测量量电感感的原原理图图信号源源串联替替代法法测电电感②串联联替代代法1.Q表组成成原理理及测测量原原理Q表是根根据谐谐振原原理制制成的的，又又称为为品质质因素素测量量仪。。它由由高频频振荡荡器、、测量量电路路和输输入、、输出出指示示器等等组成成。2．Q表测量量中产产生测测量误误差的的因素素Q表的基基本组组成框框图高频振荡器6.3.4Q值测量量6.4阻抗的的数字字测量量法6