电子测量技术基础-第8章

1、E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础1E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础2E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 8.1.1集总参数元件特性表征 1. 阻抗定义及表示方法 3IUZ阻抗定义图IUZE-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 阻抗两种坐标形式的转换关系为：4sinZXcosZRRXarctgXRZ22DUTDUTZ,RZ实轴+j-j电阻电感电容虚轴E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 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 测试信号电平 直流偏置 电压和电流 温度 其它影响因素 （环

2、境，湿度，老化等）5E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 电阻器 理想电阻 考虑引线电感 考虑引线电感和分布电容6RRL0RC0L0E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 电容器 理想电容 考虑泄漏、介质损耗等 考虑泄漏、引线电阻和电感7CCR0CR0L0R,0E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 电感器 理想电感 考虑导线损耗 考虑导线损耗和分布电容8LR0LC0LR0E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 测量器件的寄生参数影响9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 RL0E-mail: 西南科技大学电子测量技术

3、基础 测量器件的寄生参数影响10电感器的频率响应LC0R0C0的影响|z|理想 LR0C0 LR0理想 LC0的影响|z|R0E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 测量器件的寄生参数影响11电容器的频率响应L0的影响|z|R0理想 CR0CL0E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 测试信号电频： 12测试信号（AC）电频对电容器和铁芯电感器的影响与AC有关的磁芯电感器与AC电压有关的陶瓷电容器(a) 测试电压(AC)高K值中K值低K值CoV(b) 测试电流(AC)LoIE-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 直流偏置 13与直流偏置电压有关的电容器直流偏置电压与直流偏置电

4、流有关的磁芯电感器陶瓷电容器与铁芯电感器的直流偏置影响高K值低K值CoV0直流偏置电流oLI0E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 温度14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老化相关性oCCo1 10 102 103 10 425E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 8.1.2元件参数测量的基本技术 1. 测量方法概述 (1)电桥法15321ZZZZxxZ2Z3Z1ZDE-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 (1)电桥法 电桥法的优缺点和频率范围 高精度（0.1%典型值） 使用不同电桥可得到宽频率范围 价格低 需要手动平衡 单台仪器的频率覆盖范围较窄

5、频率范围 ：DC 300MHz16E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 (2)谐振法 改变电容C直到电路谐振 谐振时XL=XC 仅有RX存在17VRXLXEZEI CVEVRXRXQEVRIVXXCXLXCOSCE-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 (2)谐振法 谐振法的优缺点和频率范围 可测很高的Q值 需要调谐到谐振 阻抗测量精度低 频率范围 ：10KHz 70MHz 18E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 (3)电压电流法 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RS上的电压计算19sxRVVIVZ211V1V2RSZXIOSCE-mail: 西

6、南科技大学电子测量技术基础 (3)电压电流法 电压电流法的优缺点和频率范围 可测量接地器件 适合于探头类测试需要 使用简单 工作频率范围受使用探头的变压器的限制 频率范围 ：10KHz 100 MHz 20E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 (4) RF电压电流法 射频电压电流法与低频电压电流法的原理相同 有两种连接电压表和电流表的方法 21(a)低阻抗类型 122212121121VVRRVRVVIIVIVZxRV1VV2RI1ZXIOSCRI2E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 (4) RF电压电流法 射频电压电流法与低频电压电流法的原理相同 有两种连接电压表和电流表的

7、方法 22(b)高阻抗类型 RVV2V1ZXIOSCRR2122/21221VVRRVVVIVZxE-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 (4) RF电压电流法 射频电压电流法的优缺点和频率范围 高精度（0.1%典型值） 高频下的宽阻抗范围 工作频率范围受使用探头的变压器的限制 频率范围 ：1MHz 3GHz 23E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 (5)自动平衡电桥法 通过DUT的电流也通过电阻R “L”点的电位保持为0V（称为虚地） 24-+DUTDUTHLR虚地V1II2I= I2V2= I2RZ =V1I=V1RV2V1I2=V2 E-mail: 西南科技大学电子测量技

8、术基础 (5)自动平衡电桥法 自动平衡电桥法的优缺点和频率范围 高精度（0.05%典型值） 很宽的测量范围 使用简单 不能适应更高的频率范围 频率范围 ：20Hz 110MHz25E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 (6)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 用定向耦合器或电桥检测反射信号 用网络分析仪提供激励并测量响应 26DUTVINCVR输入信号反射信号定向偶合器或电桥OSCZXV1V2E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 (6)网络分析法 网络分析法的优缺点和频率范围 高频率范围 当被测阻抗接近特征阻抗时得到高精度 改变测量频率需要重新校准 阻抗测量

9、范围窄 频率范围 ：300KHz 3GHz27E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础28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频率和测量方法E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 选择正确的测量方法 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，然后选择最合适的方法 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 没有一种方法能包括所有的测量能力，

10、因而在选择测量方法时需折衷考虑 29E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 2.仪器分类 阻抗测量仪器分为两种 一种是利用模拟阻抗测量的仪器 采用电桥法的：万用电桥；惠斯登电桥等各种电桥仪器 采用谐振法的：Q表 采用电压-电流法的：多用表；可变电阻器；参数测测仪 另一种是数字式阻抗测量仪器 采用RF电压电流法的：射频阻抗分析仪 采用自动平衡电桥法的：LF阻抗测量仪 采用网络分析法的：网络分析仪 30E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 8.2.1电阻标准 1. 标准概况 电阻计量标准器具分为一等和二等两个等级 一等电阻标准包括10-3，10-2，10-1，1，10，102，103

11、，104，1059个标称值及一等电阻标准装置。二等电阻标准除上述9个标称值及电阻标准装置外，还有108和107及其相应装置。 电阻工作计量器具有13个标称值,从10-4到108.每个标称值又有0.00005级到0.2级不等的7到9个准确度等级。 31E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 8.2.1电阻标准 2. 标准电阻器32电压端子水银罩电流端子插入温度表无感线圈的锰铜电阻线(a)构造电流端子电流端子电压端子(b) 外观标准电阻器E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 8.2.2电容标准 1.标准概况 标准电容器分为三等。一等和二等标准电容量具采用标称值分别为1PF，10PF，

12、100pF和1000PF的标准电容器。它们的差别在不确定度和年稳定度。 三等标准电容量具采用标称值为10-4PF-1F的标准电容器。33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E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 8.2.3电感标准 1. 标准概况 采用标称值为1H-10000H的标准电感器作为标准电感量具。标准电感量具分成0.01级、0.02级、0.05级 、0.1级、0.2级、0.5级和1.0级，对应的级别指数a为0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.5和1.0，对应的最大允许误差和年稳定度为a%。 341.51.51 11 1线圈大理石(a

13、)构造面（剖面图 ）RLC(b)等效电路图E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 8.3.1 电压电流法 8.3.2 电桥法 35E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 8.3.1 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： 36jXRIUZ.xjYjBGZ1YE-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 8.3.2 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37324xzzzz324xj3j2j4jxzzzz324x324xzzzzxZ2Z3Z4ZD交流电桥E-mail: 西南科技大学电子测量技

14、术基础 8.3.2 电桥法 2.交流四臂电桥 38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E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 8.3.2 电桥法 3.变压器耦合臂电桥 两电桥的平衡条件都为 39s21xZwwZ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 DE-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 8.3.2 电桥法 3.电桥法测量集总参数元件的误差 标准元件值的误差 电桥指示器的误差 屏蔽不良引起误差 寄生耦合和外界电磁场的干扰也会引起误差。 4

15、0E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 交流电桥的收敛性 为使交流电桥满足平衡条件，至少要有两个可调元件。一般情况下，任意一个元件参数的变化会同时影响模平衡条件和相位平衡条件，因此，要使电桥趋于平衡需要反复进行调节。交流电桥的收敛性就是指电桥能以较快的速度达到平衡的能力。 为了方便，令 当N0时，电桥达到平衡N越小，表示电桥越接近平衡条件，指示器的读数就越小。因此，只要知道了N 随被调元件参 数的变化规律，也就知道了指示器读数的变化规律。413142ZZZZNBAjXRRjXRRN)()(113442E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础E-mail: 西南科技大学电子测量技术基

16、础E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 电桥电路44E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础E-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 串联电容比较电桥，设 根据电桥平衡条件，得47444332211,1CjRZRZRZCjRZxx)1()1(4423CjRRRCjRxxE-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 上式为复数方程，方程两边必须同时满足实部相等和虚部相等，即 由上式解得48虚部相等）实部相等）(2(43423CRCRRRRRxx423432CRRCRRRRxxE-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 例 某交流电桥如下图所示。当电桥平衡时， ，信号源 的频率为1kHz，求阻抗Z4的元件49FCkRFCkRFC47. 0,1,047. 0,2,5 . 033221sUE-mail: 西南科技大学电子测量技术基础 例2 某交流电桥如图8.2-10所示。当电桥平衡时， ，信号源 的频率为1 kHz，求阻抗Z4的元件解：由电桥平衡条件可得