智能化LCR測(cè)量?jī)x的基本組成

1、電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第1頁第第6 6章章 阻抗測(cè)量阻抗測(cè)量 26.1 6.1 引言引言 6.2 6.2 阻抗標(biāo)準(zhǔn)阻抗標(biāo)準(zhǔn) 6.3 6.3 阻抗的模擬測(cè)量法阻抗的模擬測(cè)量法6.4 6.4 阻抗的數(shù)字測(cè)量法阻抗的數(shù)字測(cè)量法電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第2頁-元件的工業(yè)趨勢(shì)VHS3214567890*#電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第3頁阻抗定義及表示方法阻抗定義及表示方法 IUZ阻抗定義圖阻抗定義圖IUZ電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第4頁sinZXcosZRRXarctgXRZ22阻抗兩種坐標(biāo)形式的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：阻抗兩種坐標(biāo)形式的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：DUTDUTZ,RZ實(shí)軸+j-j電阻電感電容虛軸電子測(cè)量原理電子測(cè)量

2、原理第5頁(1)真值，有效值和指示值真值，有效值和指示值 (2)元件的影響因素元件的影響因素 測(cè)試信號(hào)頻率測(cè)試信號(hào)頻率測(cè)試信號(hào)電頻測(cè)試信號(hào)電頻直流偏置直流偏置 電壓和電流電壓和電流溫度溫度其它影響因素其它影響因素 （環(huán)境，濕度，老化等）（環(huán)境，濕度，老化等）電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第6頁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RRRC0L0L0電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第7頁理想電容理想電容考慮泄漏、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,0電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第8頁理想電感理想電感考慮導(dǎo)

3、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LR0LC0LR0電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第9頁測(cè)量器件的寄生參數(shù)影響測(cè)量器件的寄生參數(shù)影響電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第10頁電阻器的頻率響應(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 RL0電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第11頁電感器的頻率響應(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|R0電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第12頁電容器的頻率響應(yīng)電容器的頻率響應(yīng)L0的影響|z|R0理想 CR0CL0電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第13頁測(cè)試信號(hào)（測(cè)試信號(hào)（ACAC

4、）電頻對(duì)電容器和鐵芯電感器的影響）電頻對(duì)電容器和鐵芯電感器的影響與與ACAC有關(guān)的磁芯電感器有關(guān)的磁芯電感器與與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)電頻：測(cè)試信號(hào)電頻： 高K值中K值低K值CoV(b) 測(cè)試電流(AC)LoI電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第14頁與直流偏置電壓有與直流偏置電壓有關(guān)的電容器關(guān)的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)的磁芯電感器關(guān)的磁芯電感器陶瓷電容器與鐵芯電感器的直流偏置影響陶瓷電容器與鐵芯電感器的直流偏置影響直流偏置直流偏置 高K值低K值CoV0直流偏置電流oLI0電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第15頁溫度溫度時(shí)間溫

5、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電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第16頁電橋法電橋法321ZZZZxxZ2Z3Z1ZD電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第17頁電橋法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍電橋法的優(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） 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 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第18頁改變

6、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VRXLXEZEI CVEVRXRXQEVRIVXXCXLXCOSC電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第19頁諧振法的優(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 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 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第20頁 電壓電流法電壓電流法 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電流通過它所流經(jīng)的電流通過它所流經(jīng)的RS上的電壓計(jì)算上的電壓計(jì)算sxRVVI

7、VZ211V1V2RSZXIOSC電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第21頁電壓電流法的優(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 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第22頁 RF電壓電流法電壓電流法 (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 1222

8、12121121VVRRVRVVIIVIVZxRV1VV2RI1ZXIOSCRI2電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第23頁(b)(b)高阻抗類型高阻抗類型 RVV2V1ZXIOSCRR2122/21221VVRRVVVIVZx電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第24頁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 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第25頁 自動(dòng)平衡電橋法自動(dòng)平衡電橋法 -+

9、DUTDUTHLR虛地V1II2I= I2V2= I2RZ =V1I=V1RV2V1I2=V2通過通過DUTDUT的電流也通過電阻的電流也通過電阻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） 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第26頁自動(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 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第27頁 網(wǎng)絡(luò)分析法網(wǎng)絡(luò)分析法 通過測(cè)量輸入信號(hào)與反射信

10、號(hào)之比得到反射系數(shù)通過測(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) 用網(wǎng)絡(luò)分析儀提供激勵(lì)并測(cè)量響應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)分析儀提供激勵(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OSCZXV1V2電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第28頁網(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)和頻率范圍高頻率范圍高頻率范圍 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 改變測(cè)量頻率需要重新校準(zhǔn)改變測(cè)量頻率需要重新校準(zhǔn) 阻抗測(cè)量范圍窄阻抗測(cè)量范圍窄 頻率范圍頻率范圍 ：300KHz 300KHz 3GHz3GHz 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原

11、理第29頁-哪個(gè)值正確哪個(gè)值正確?Z AnalyzerQ : 165Q : 120LCR meterQ : 165Q = 120?D U TL : 5.231uH?D U TL : 5.310uHLCR meter5.310uHLCR meter5.231uHuH電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第30頁網(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)量方法頻率和測(cè)量方法電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第31頁選擇正確的測(cè)

12、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 沒有一種方法能包括所有的測(cè)量能力，因而在選沒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 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第32頁電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第33頁另另電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第34頁3. 3. 測(cè)試連接頭測(cè)試連接頭所有阻抗測(cè)試都涉及連接頭的問題所

13、有阻抗測(cè)試都涉及連接頭的問題. .常用的連接常用的連接方法有：方法有：u兩端接線柱式（或香蕉插頭）適用于兩端接線柱式（或香蕉插頭）適用于Q Q表等低表等低準(zhǔn)確度諧振式阻抗儀器準(zhǔn)確度諧振式阻抗儀器u有極性的同軸的連接頭有極性的同軸的連接頭u中性精密同軸連接頭中性精密同軸連接頭u三端連接頭、四端連接頭三端連接頭、四端連接頭、五端連接頭五端連接頭 u四端對(duì)接頭四端對(duì)接頭 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第35頁阻抗的連接圖、示意圖和測(cè)量范圍阻抗的連接圖、示意圖和測(cè)量范圍兩端連接頭兩端連接頭HpLCDUTLPHCHC 為為電流高端電流高端Hp 為為電位高端電位高端LP 為為電位低端電位低端LC 為為電流低端電

14、流低端(a)(a)連接圖連接圖電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第36頁R0L0DUTVAR0L0(b)(b)示意圖示意圖1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M2T2T)(c)(c)阻抗測(cè)量范圍阻抗測(cè)量范圍C0電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第37頁三端連接頭三端連接頭HpLCDUTLPHC(a)(a)連接圖連接圖(b)(b)示意圖示意圖R0L0DUTVAR0L0C0電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第38頁(d)(d)具有屏蔽的兩端連接頭具有屏蔽的兩端連接頭1m 10m 100m 1

15、 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M3T3T)(c)(c)阻抗測(cè)量范圍阻抗測(cè)量范圍DUTVA電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第39頁四端連接頭四端連接頭HpLCDUTLPHCDUTVA1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M4T4T(a)(a)連接圖連接圖(b)(b)示意圖示意圖)(c)(c)阻抗測(cè)量范圍阻抗測(cè)量范圍電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第40頁五端連接

16、頭五端連接頭HpLCDUTLPHCDUTVA(a)(a)連接圖連接圖(b)(b)示意圖示意圖電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第41頁1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M5T5TDUTVA(d)(d)具有屏蔽的四端連接頭具有屏蔽的四端連接頭)(c)(c)阻抗測(cè)量范圍阻抗測(cè)量范圍電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第42頁四端對(duì)連接頭四端對(duì)連接頭HpLCDUTLPHC(a)(a)連接圖連接圖電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第43頁(b)(b)示意圖示意圖DUTVA1m 10m 100m

17、1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M4TP4TP)(c)(c)阻抗測(cè)量范圍阻抗測(cè)量范圍電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第44頁 實(shí)際的阻抗測(cè)量范圍不僅取決于測(cè)量?jī)x實(shí)際的阻抗測(cè)量范圍不僅取決于測(cè)量?jī)x器，而且也取決于四端對(duì)連接頭與器，而且也取決于四端對(duì)連接頭與DUTDUT的正的正確連接。否則也會(huì)限制測(cè)量范圍。確連接。否則也會(huì)限制測(cè)量范圍。 每種連接方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，必須根據(jù)每種連接方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，必須根據(jù)DUTDUT的阻抗和要求的測(cè)量精度，選擇最適合的的阻抗和要求的測(cè)量精度，選擇最適合的連接方

18、法。連接方法。 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第45頁電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第46頁電阻計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具分為一等和二等兩個(gè)等級(jí)電阻計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具分為一等和二等兩個(gè)等級(jí) 一等電阻標(biāo)準(zhǔn)包括一等電阻標(biāo)準(zhǔn)包括1010-3-3，1010-2-2，1010-1-1，11，1010，10102 2，10103 3，10104 4，10105 599個(gè)標(biāo)稱值及一個(gè)標(biāo)稱值及一等電阻標(biāo)準(zhǔn)裝置。二等電阻標(biāo)準(zhǔn)除上述等電阻標(biāo)準(zhǔn)裝置。二等電阻標(biāo)準(zhǔn)除上述9 9個(gè)標(biāo)稱值及個(gè)標(biāo)稱值及電阻標(biāo)準(zhǔn)裝置外，還有電阻標(biāo)準(zhǔn)裝置外，還有106106和和107107及其相應(yīng)裝置。及其相應(yīng)裝置。 電阻工作計(jì)量器具有電阻工作計(jì)量器具有1313個(gè)標(biāo)稱值個(gè)標(biāo)稱

19、值, ,從從1010-4-4到到10108 8.每個(gè)標(biāo)稱值又有每個(gè)標(biāo)稱值又有0.000050.00005級(jí)到級(jí)到0.20.2級(jí)不等的級(jí)不等的7 7到到9 9個(gè)準(zhǔn)個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)。確度等級(jí)。 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第47頁電壓端子水銀罩電流端子插入溫度表無感線圈的錳銅電阻線(a)構(gòu)造電流端子電流端子電壓端子(b) 外觀圖6-8 標(biāo)準(zhǔn)電阻器電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第48頁標(biāo)準(zhǔn)電容器分為三等。一等和二等標(biāo)準(zhǔn)電容量具采標(biāo)準(zhǔn)電容器分為三等。一等和二等標(biāo)準(zhǔn)電容量具采用標(biāo)稱值分別為用標(biāo)稱值分別為1PF1PF，10PF10PF，100pF100pF和和1000PF1000PF的標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)電容器。它們的差別在不確

20、定度和年穩(wěn)定度。電容器。它們的差別在不確定度和年穩(wěn)定度。三等標(biāo)準(zhǔn)電容量具采用標(biāo)稱值為三等標(biāo)準(zhǔn)電容量具采用標(biāo)稱值為1010-4-4PF-1FPF-1F的標(biāo)準(zhǔn)電的標(biāo)準(zhǔn)電容器容器。電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第49頁端子1端子2接地端(b)外觀水晶極板蔽罩端子1端子2接地端(a)構(gòu)造電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第50頁電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第51頁1.51.51 11 1線圈大理石(a)構(gòu)造面（剖面圖 ）RLC(b)等效電路圖電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第52頁電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第53頁jXRIUZ.xjYjBGZ1Y電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第54頁324xzzzz324xj3j2j4jxzzzz324

21、x324xzzzzxZ2Z3Z4ZD交流電橋電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第55頁精密萬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)源電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第56頁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 D電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第57頁電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第58頁諧振法測(cè)量原理圖CMVALLCCLCLXLC202000011011當(dāng)回路達(dá)到諧振時(shí)當(dāng)回路達(dá)到諧振時(shí): :電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第59頁諧振法直接測(cè)電容xCsC0f振蕩器DML當(dāng)當(dāng)C CX

22、 X較小時(shí)較小時(shí) 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，然（如虛線所示），調(diào)回路至諧振，然后接入被測(cè)電容后接入被測(cè)電容C CX X21ssxCCC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電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第60頁并聯(lián)替代法測(cè)量電感的原理圖信信號(hào)號(hào)源源sCLVxL12241sCfL222411sxCfLL)(411222ssxCCfL電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第61頁sCLVxL 串聯(lián)替代法測(cè)電感 12241sCfL22241sxCfLL2122214ssssxCCfCCL電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理第62頁Q 表的基本組成框圖 xL高頻振蕩