第7章 電路參數(shù)測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)

1、 電路參數(shù)測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)2理想電阻理想電阻考慮引線電感考慮引線電感考慮引線電感考慮引線電感和分布電容和分布電容RRRC0L0L03理想電容考慮泄漏、引考慮泄漏、引線電阻和電感線電阻和電感考慮泄漏、介考慮泄漏、介質(zhì)損耗等質(zhì)損耗等CCCR0R0L0R,04理想電感理想電感考慮導(dǎo)線損耗考慮導(dǎo)線損耗考慮導(dǎo)線損耗考慮導(dǎo)線損耗和分布電容和分布電容LR0LC0LR05電阻器的頻率響應(yīng)電阻器的頻率響應(yīng)寄生電容C0R低阻值電阻理想RR|z|高阻值電阻理想RR|z|引線電感 RL06電感器的頻率響應(yīng)電感器的頻率響應(yīng)C0 LR0LC0R0C0的影響|z|理想 LR0理想 LC0的影響|z|R07電容器的頻率響應(yīng)電容器

2、的頻率響應(yīng)L0的影響|z|R0理想 CR0CL08* * 測(cè)試信號(hào)（測(cè)試信號(hào)（ACAC）電平對(duì)電容器和鐵芯電感器的影）電平對(duì)電容器和鐵芯電感器的影響。響。與與ACAC有關(guān)的鐵芯電感器有關(guān)的鐵芯電感器與與ACAC電壓有關(guān)的陶瓷電容器電壓有關(guān)的陶瓷電容器(a) 測(cè)試電壓(AC)測(cè)試信號(hào)電平：測(cè)試信號(hào)電平： 高K值中K值低K值CoV(b) 測(cè)試電流(AC)LoI9與直流偏置電壓有與直流偏置電壓有關(guān)的陶瓷電容器關(guān)的陶瓷電容器直流偏置電壓與直流偏置電流有與直流偏置電流有關(guān)的鐵芯電容器關(guān)的鐵芯電容器* * 陶瓷電容器與鐵芯電容器的直流偏置影響陶瓷電容器與鐵芯電容器的直流偏置影響直流偏置直流偏置 高K值低K

3、值CoV0直流偏置電流oLI010溫度溫度時(shí)間溫度中K值高K值陶瓷電容器的溫度相關(guān)性陶瓷電容器的溫度相關(guān)性陶瓷電容器的老化相關(guān)性陶瓷電容器的老化相關(guān)性oCCo1 10 102 103 10 425總之，集總參數(shù)元件由于受到寄生參數(shù)、測(cè)試信號(hào)電平、總之，集總參數(shù)元件由于受到寄生參數(shù)、測(cè)試信號(hào)電平、直流偏置、溫度、以及其它因素的影響，在測(cè)量阻抗值直流偏置、溫度、以及其它因素的影響，在測(cè)量阻抗值時(shí)需要綜合考慮多種因素。時(shí)需要綜合考慮多種因素。117.1.2 元件參數(shù)測(cè)量的基本技術(shù)電橋法電橋法321ZZZZxxZ2Z3Z1ZD電橋平衡電流流過(guò)檢測(cè)器D為零時(shí)：12電橋法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍電橋法的優(yōu)缺點(diǎn)和

4、頻率范圍: :高精度（高精度（0.1%0.1%典型值）典型值） 使用不同電橋可得到寬頻率范圍使用不同電橋可得到寬頻率范圍 價(jià)格低價(jià)格低 需要手動(dòng)平衡需要手動(dòng)平衡 單臺(tái)儀器的頻率覆蓋范圍較窄單臺(tái)儀器的頻率覆蓋范圍較窄 頻率范圍頻率范圍 ：DCDC 300MHz300MHz 13諧振法 改變電容改變電容C C直到電路諧振直到電路諧振諧振時(shí)諧振時(shí)XL= =XC 僅有僅有RX存在存在QRXLXEZEI CVEVRXRXQEVRIVXXCXLXCOSCQ值值：電容上的電壓與外加信號(hào)電壓U之比。14諧振法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍諧振法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍可測(cè)很高的可測(cè)很高的Q Q值值 需要調(diào)諧到諧振需要調(diào)諧到諧振

5、 阻抗測(cè)量精度低阻抗測(cè)量精度低 頻率范圍頻率范圍 ：10KHz 10KHz 70MHz70MHz 15 電壓電流法 由測(cè)量的電壓值和電流值計(jì)算被測(cè)阻抗由測(cè)量的電壓值和電流值計(jì)算被測(cè)阻抗ZX電流通過(guò)它所流經(jīng)的電流通過(guò)它所流經(jīng)的RS上的電壓計(jì)算上的電壓計(jì)算sxRVVVIVVZ22121V1V2RSZXIOSC16電壓電流法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍電壓電流法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍可測(cè)量接地器件可測(cè)量接地器件 適合于探頭類測(cè)試需要適合于探頭類測(cè)試需要使用簡(jiǎn)單使用簡(jiǎn)單 工作頻率范圍受使用探頭的變壓器的限制工作頻率范圍受使用探頭的變壓器的限制 頻率范圍頻率范圍 ：10KHz10KHz 100 MHz100 MHz

6、17RF電壓電流法 (a)(a)低阻抗類型低阻抗類型 射頻電壓電流法與低頻電壓電流法的原射頻電壓電流法與低頻電壓電流法的原理相同理相同有兩種連接電壓表和電流表的方法有兩種連接電壓表和電流表的方法 122212121121VVRRVRVVIIVIVZxRV1VV2RI1ZXIOSCRI2R18(b)(b)高阻抗類型高阻抗類型 RVxV2V1ZXIOSCRR2122/21221VVRRVVVIVZxxV1=Vx+V2A AB B19射頻電壓電流法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍射頻電壓電流法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍高精度（高精度（0.1%0.1%典型值）典型值） 高頻下的寬阻抗范圍高頻下的寬阻抗范圍 工作頻率范圍受使

7、用探頭的變壓器的限制工作頻率范圍受使用探頭的變壓器的限制 頻率范圍頻率范圍 ：1MHz1MHz 3GHz3GHz 20自動(dòng)平衡電橋法 -+DUTDUTHLR虛地V1II2I= I2V2= I2RZ =V1I=V1RV2V1I2=V2通過(guò)通過(guò)DUTDUT的電流也通過(guò)電阻的電流也通過(guò)電阻R“L”點(diǎn)的電位保持為點(diǎn)的電位保持為0 0V（稱為虛地）（稱為虛地）電壓電流轉(zhuǎn)換放大器使電壓電流轉(zhuǎn)換放大器使R R上的電流與上的電流與DUTDUT上的電上的電流保持平衡流保持平衡 21自動(dòng)平衡電橋法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍自動(dòng)平衡電橋法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍高精度（高精度（0.05%0.05%典型值）典型值） 很寬的測(cè)量范圍

8、很寬的測(cè)量范圍 使用簡(jiǎn)單使用簡(jiǎn)單不能適應(yīng)更高的頻率范圍不能適應(yīng)更高的頻率范圍頻率范圍頻率范圍 ：20Hz20Hz 110MHz110MHz 22網(wǎng)絡(luò)分析法 通過(guò)測(cè)量輸入信號(hào)與反射信號(hào)之比得到反射系數(shù)通過(guò)測(cè)量輸入信號(hào)與反射信號(hào)之比得到反射系數(shù)用定向耦合器或電橋檢測(cè)反射信號(hào)用定向耦合器或電橋檢測(cè)反射信號(hào) 用用網(wǎng)絡(luò)分析儀網(wǎng)絡(luò)分析儀提供激勵(lì)并測(cè)量響應(yīng)提供激勵(lì)并測(cè)量響應(yīng) DUTVINCVR輸入信號(hào)反射信號(hào)定向偶合器或電橋OSCZXV1V223網(wǎng)絡(luò)分析法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍網(wǎng)絡(luò)分析法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍l高頻率范圍高頻率范圍 l當(dāng)被測(cè)阻抗接近特征阻抗時(shí)得到高精度當(dāng)被測(cè)阻抗接近特征阻抗時(shí)得到高精度 l改變測(cè)量頻

9、率需要重新校準(zhǔn)改變測(cè)量頻率需要重新校準(zhǔn) l阻抗測(cè)量范圍窄阻抗測(cè)量范圍窄 l頻率范圍頻率范圍 ：300KHz 300KHz 3GHz3GHz 24網(wǎng)絡(luò)分析法300KHz1101001K10K100K1M10M100M 1G10G10KHz70MHz10KHz110MHz1 MHz3GHzRF電壓電流法電壓-電流法法諧振法0HZ300MHz電橋法20HZ110MHz自動(dòng)平電橋法頻率和測(cè)量方法的對(duì)應(yīng)：頻率和測(cè)量方法的對(duì)應(yīng)：25選擇正確的測(cè)量方法選擇正確的測(cè)量方法每種方法都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)每種方法都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)必須首先考慮測(cè)量的要求和條件，然后選擇最合必須首先考慮測(cè)量的要求和條件，然后選擇最合適的

10、方法適的方法需要考慮的因素包括頻率覆蓋范圍、測(cè)量量程、需要考慮的因素包括頻率覆蓋范圍、測(cè)量量程、測(cè)量精度和操作的方便性測(cè)量精度和操作的方便性 沒(méi)有一種方法能包括所有的測(cè)量能力，因而在選沒(méi)有一種方法能包括所有的測(cè)量能力，因而在選擇測(cè)量方法時(shí)需折衷考慮擇測(cè)量方法時(shí)需折衷考慮 262.儀器分類27另另The End287.3 阻抗的模擬測(cè)量法 6.3.1 電壓電流法 6.3.2 電橋法 6.3.3 諧振法測(cè)量元件參數(shù) 6.3.4 Q值測(cè)量 297.3.1 電壓電流法電壓電流法 電壓-電流法又叫伏安法，即利用歐姆定律，用測(cè)量的電壓值和電流值計(jì)算被測(cè)阻抗值： 被測(cè)器件的導(dǎo)納為： jXRIUZx.jxeY

11、jBGZY1307.3.2 電橋法電橋法1) 電橋的平衡條件 用指數(shù)形式表示 上式必須同時(shí)滿足 324xzzzz324324jjjjxezezezezx324x324xzzzzxZ2Z3Z4ZD交流電橋DD為檢流計(jì)。312)交流四臂電橋 精密萬(wàn)用電橋方框圖平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)測(cè)量橋路測(cè)量橋路平衡指示電路平衡指示電路顯示電路顯示電路電源電源測(cè)量信號(hào)源測(cè)量信號(hào)源323） 變壓器耦合臂電橋 兩電橋的平衡條件都為：s21xZwwZ電壓比例臂構(gòu)成的橋路xZSZ1W2W電流比例臂構(gòu)成的橋路xZSZ1W2W1.I2.ID DD D334）電橋法測(cè)量集總參數(shù)元件的誤差來(lái)源 標(biāo)準(zhǔn)元件值的誤差 電橋指示器的誤

12、差 屏蔽不良引起誤差 另外，寄生耦合和外界電磁場(chǎng)的干擾也會(huì)引起誤差。347.3.3 諧振法測(cè)量元件參數(shù)諧振法測(cè)量元件參數(shù) 諧振法測(cè)量原理圖CMVALLCCLCLLC202000011011測(cè)量高頻電路參數(shù)的重要方法。測(cè)量高頻電路參數(shù)的重要方法。當(dāng)回路達(dá)到諧振時(shí)當(dāng)回路達(dá)到諧振時(shí): :35（1）直接測(cè)量思路一思路一：根據(jù)諧振頻率和已知標(biāo)準(zhǔn)電感值：根據(jù)諧振頻率和已知標(biāo)準(zhǔn)電感值L L求電容求電容C C ; ;思路二思路二：根據(jù)諧振頻率和已知標(biāo)準(zhǔn)電容值：根據(jù)諧振頻率和已知標(biāo)準(zhǔn)電容值C C求電感求電感L .L .36諧振法直接測(cè)電容xCsC0f振蕩器DML當(dāng)當(dāng)C CX X較小時(shí)，并較小時(shí)，并聯(lián)接入聯(lián)接入

13、選擇適當(dāng)電感選擇適當(dāng)電感 L(L(不必為標(biāo)準(zhǔn)電感不必為標(biāo)準(zhǔn)電感) )，接入標(biāo)準(zhǔn)，接入標(biāo)準(zhǔn)可變電容可變電容C CS S（如虛線所示），調(diào)回路至諧振（如虛線所示），調(diào)回路至諧振; ;然然后接入被測(cè)電容后接入被測(cè)電容C CX X ，調(diào)節(jié)可變電容至再次諧振。，調(diào)節(jié)可變電容至再次諧振。21ssxCCC當(dāng)當(dāng)C CX X較大時(shí)較大時(shí)C CX X應(yīng)和應(yīng)和C CS S串聯(lián)接入串聯(lián)接入1221ssssxCCCCC（2）替代法：直接測(cè)電容37（2）替代法： 并聯(lián)替代法:測(cè)量較大的電感 并聯(lián)替代法測(cè)量電感的原理圖信信號(hào)號(hào)源源sCLVxL12241sCfL222411sxCfLL)(411222ssxCCfL38sCLVxL 串聯(lián)替代法測(cè)電感 12241sCfL22241sxCfLL2122214ssssxCCfCCL397.4 7.4 阻抗的數(shù)字測(cè)量法阻抗的數(shù)字測(cè)量法 1.矢量電流-電壓法的原理 （1）固定軸法 （2）自由軸法2.智能化LCR測(cè)量?jī)x的基本組成 407.4.1 矢量電流-電壓法1.矢量電流-電壓法的原理 jXRIUZ.xZsRsUxUU