电子论文-HP4274A多频LCR电桥测试原理及应用.pdf

电信交抉 2 0 0 1 年第 3期 其它 H P 4 2 7 4 A 多频 L C R 电桥测试原理及应用 吴 卫民 一 简述 H P 4 2 7 4 A L C R电桥是美国惠普公司的产品 该仪表能快速测量电感 L 电窖 C 电 阻 R 损耗因素 D 品质因素 0 电导 G 电纳 B 电抗 x和矢量阻抗 l z l 及相位角 0 其 锨率范镯从 l O O B z 到 1 0 0 k B z共 l 3个可选频率测试点 测试电雁范胃为 l m V S V r m s 适 应于电路设计 产品实验 质量检查多方面测量要求 这种可变的测试信号为测量1 F 线 性阻抗元件 如电感和半导体器件带来很大方便 该仪表测量值用两部分 4 怯 数字单元显示 并可以把每 l O 次测量值进行平均后 以5 V 2 数字显示 另外 它还提供测试元件时的信号电压和施加电流 3 位数显示 以便监视测 试时的电压 电流情况 该仪表的电窖测试范围为 0 叭f F 1 9 9 9 0 m F 1毫微微法拉 1 0 法拉 电感为 0 0 0 l n H 1 9 9 9 9 H 电阻和 阻抗为 0 0 0 i raO 1 9 9 9 9 M Q 所有 测量精度 为 0 1 l 0 这主要取决于测试信号的电压和频率 测量 电路既可以用并联等散电路形式 也可以是 串联等效电路形式 该仪表 自动校准后 能使杂散电容减小到 2 0 p F 寄生电感减小到 2 0 0 0 n H 电阻减小到 0 5 O 电导减小到 5 u S 一 二 选择测试电路方式 我们知道 阻抗元件能由其电阻性和 电抗性以简单的串联或并联等效电路表示 4 2 7 4 A可由 C I R C U I T O D E 控制选择澳 I 量等效电路 也能 自动根据测量范围和功陡设 置选择合理的并联或串联方式 井联和 串联方式等效电路元件的测量参数债是被此不相 同的 其差别取决于被采样测量的损耗因数 如果投有串联电阻或并联屯导存在 这两 个等效电路是同等的 并联测量电路的采样值可通过公式 考虑损耗因数效果 转抉成 串联电路 见表 l 通过推导证明 对于不同的损耗因数 D 值 用串联方式测出的 值与用并联测得的有差别 但当值小于 O 9 3时 串联与并联测得的值相等 使用该仪表采样测量元件值时应注意 测量电路是近似活动的等效电路 因此对于 普通元件 选择适当的方式不是合理的标准判据 一般对测量低阻抗元件值 采朋串联 测量电路 而高阻抗值采用并联测量电路 倒壹 日 低电容的陶瓷 电容器 其并联电导是主 要的损耗 高电容值的电介电容器 等效串联电阻形成泄漏电阻 电极电阻 介电损 耗等 是元件损耗的主要因素 对中等范围阻抗 这个因素仍可应用 但效果不明显 维普资讯 吴卫民 H P 4 2 7 4 A多频 L c R电桥测试原理及应用 串联电容的损耗因数随测试频率的增高而增大 并联损耗则呈现相反的趋势 对于电感 器 可由类似的原理推出等效电路 因此可通过比较损耗因数值来确定测量电路方式 表 1 并联电路与串联电路的转换公式 洼 当表中等效条件满足时 井联和串联电路有相等的阻抗 特殊的频率点 两等效 电路的损耗因数是相同的 三 电桥的测量端口 为了提高测量精度 4 2 7 4 A端 口采用四端对结构 这个测试端由四个连接器组成 高 电流 端 u 高电位 端 H M 低 电位 端 L 和 低电流端 L 电流靖可使 测量信号电流通过采样端 电位端用于检测流过采样端的电压降 高边预示着以测试信 号渊内部作为驱动电位 为了在四端结构中形成测量环路 H 和 H 和 L 端必 须分别彼此连接 员外 所有连接器的屏蔽必须相互连接 图 1 为四端结构测量原理图 四端方法具有低阻测量 高阻屏蔽的优点 其结构特点是外边的导体可作为测量信号电 流的回路 当同一I I 流流过中心导体和外屏蔽导体 相对方向 时 在导体周围没有外 端磁 场发生 里边与外边的电流 磁场完全抵 消 由于测量 电流不产 生磁场 测 试负载 就不会因自身或耦合电感而产生附加测量误差 因此 四端对方法能使寄生电容和残余 电感在测量负载或测试固定器时减少判最小 以保证最好的精度 信 潦 矢量 l 乜 表 图 I 四端 对测 量原 理 矢量 电流表 0 0 嚣 0 B琴 0 I 1 n 鐾 维普资讯 电信交换 2 0 0 1 年第 3期 四 实际的测量 电路 实际中 连接测试采样端的测量电路变成了仪表测量采样的一部分n在被测量器件 和测量终端之间的测量电路中存在不同的特性阻抗 这将影响测量结果 这些不希望有 的特性阻抗以电阻和电抗因数并联或串联在测试元件上 如图2 所示 U 2 l 一 2 3 图 2 等效测量电路 当频率较高时 残余阻抗 电抗因数对测量有较大的影响 H P 4 2 7 4 A使用四端对结 构测量 在测晕电路中提供了最小的残余阻抗 在采样测试固定夹的被测元件时 这个 测试电路会出现寄生电容 如图3 所示 即在元件导线周围存在寄生电容 这些 L O和 c 0是元件在涮量中特有的 他们数值的大小取决于采样点与测试固定器之间的距离长 度 其测量结果包括了被测件和这些特性阻抗实质性的采样值 l I 一 S i 蠢 群嚣 维普资讯 吴卫民 1 L 4 2 7 4 A多频 L C R电桥测试原理及应用 l h L x a 0 1 F r 图 5 典型电感阻抗轨迹 b R 2 Lx 六 其他 H P 4 2 7 4 电桥配有各种类型结构元件的固定夹具 能显示存贮值