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(cling)儀器設(shè)計(jì)共四十三頁(yè)理想(lxing)電阻考慮(kol)引線電感考慮引線電感和分布電容 電阻器RRRC0L0L02共四十三頁(yè)理想(lxing)電容考慮泄漏、引線(ynxin)電阻和電感考慮泄漏、介質(zhì)損耗等 電容器CCCR0R0L0R,03共四十三頁(yè) 電感器理想(lxing)電感考慮(kol)導(dǎo)線損耗考慮導(dǎo)線損耗和分布電容LR0LC0LR04共四十三頁(yè)電阻器的頻率響應(yīng)(pn l xin yn)寄生電容C0R低阻值(z zh)電阻理想RR|z|高阻值電阻理想RR|z|引線電感 RL05共四十三頁(yè)電感器的頻率響應(yīng)(pn l xin yn)C0 LR0LC0R0C0的影響(y

2、ngxing)|z|理想 LR0理想 LC0的影響|z|R06共四十三頁(yè)電容器的頻率響應(yīng)(pn l xin yn)L0的影響(yngxing)|z|R0理想 CR0CL07共四十三頁(yè)* 測(cè)試信號(hào)(xnho)（AC）電平對(duì)電容器和鐵芯電感器的影響。與AC有關(guān)(yugun)的鐵芯電感器與AC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： 高K值中K值低K值CoV(b) 測(cè)試電流(AC)LoI8共四十三頁(yè)與直流偏置(pin zh)電壓有關(guān)的陶瓷電容器直流偏置(pin zh)電壓與直流偏置電流有關(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直流偏置 高K值低K值CoV0直流偏置電流

3、oLI09共四十三頁(yè)溫度(wnd)時(shí)間(shjin)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、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。10共四十三頁(yè)7.1.2 元件參數(shù)測(cè)量的基本(jbn)技術(shù)電橋(din qio)法D1. 測(cè)量方法概述電橋平衡電流流過(guò)檢測(cè)器D為零時(shí)：11共四十三頁(yè)電橋法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍:高精度（0.1%典型值） 使用不同電橋可得到(d do)寬頻率范圍 價(jià)格低 需要手動(dòng)平衡 單臺(tái)儀器的頻率覆蓋范圍較窄 頻率范圍 ：DC 300MH

4、z 12共四十三頁(yè)諧振(xizhn)法 改變電容C直到電路諧振(xizhn)諧振時(shí)XL=XC 僅有RX存在QRXDUTLXECVOSC被測(cè)元件Q值：電容上的電壓與外加信號(hào)電壓U之比。13共四十三頁(yè)諧振法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率(pnl)范圍可測(cè)很高的Q值 需要調(diào)諧到諧振 阻抗測(cè)量精度低 頻率范圍 ：10KHz 70MHz 14共四十三頁(yè) 電壓(diny)電流法 由測(cè)量的電壓值和電流值計(jì)算(j sun)被測(cè)阻抗ZX電流通過(guò)它所流經(jīng)的RS上的電壓計(jì)算V1V2RSZXIOSC15共四十三頁(yè)電壓電流法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍可測(cè)量接地器件(qjin) 適合于探頭類測(cè)試需要使用簡(jiǎn)單 工作頻率范圍受使用探頭的變壓器的限制

5、 頻率范圍 ：10KHz 100 MHz 16共四十三頁(yè)RF電壓(diny)電流法 (a)低阻抗(zkng)類型 射頻電壓電流法與低頻電壓電流法的原理相同有兩種連接電壓表和電流表的方法 RV1VV2RI1ZXIOSCRI2R17共四十三頁(yè)(b)高阻抗(zkng)類型 RVxV2V1ZXIOSCRR2V1=Vx+V2AB18共四十三頁(yè)射頻電壓電流法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率范圍高精度（0.1%典型值） 高頻下的寬阻抗(zkng)范圍 工作頻率范圍受使用探頭的變壓器的限制 頻率范圍 ：1MHz 3GHz 19共四十三頁(yè)自動(dòng)(zdng)平衡電橋法 -+DUTHLR虛地V1II2I= I2V2= I2RZ =V1

6、I=V1RV2V1I2=V2通過(guò)DUT的電流也通過(guò)電阻(dinz)R“L”點(diǎn)的電位保持為0V（稱為虛地）電壓電流轉(zhuǎn)換放大器使R上的電流與DUT上的電流保持平衡 20共四十三頁(yè)自動(dòng)平衡電橋法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻率(pnl)范圍高精度（0.05%典型值） 很寬的測(cè)量范圍 使用簡(jiǎn)單不能適應(yīng)更高的頻率范圍頻率范圍 ：20Hz 110MHz 21共四十三頁(yè)網(wǎng)絡(luò)(wnglu)分析法 通過(guò)測(cè)量輸入信號(hào)與反射(fnsh)信號(hào)之比得到反射(fnsh)系數(shù)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) DUTVINCVR輸入信號(hào)反射信號(hào)定向偶合器或電橋OSCZXV1V222共四十三頁(yè)網(wǎng)絡(luò)分析法的優(yōu)缺點(diǎn)和頻

7、率范圍高頻率范圍 當(dāng)被測(cè)阻抗接近特征(tzhng)阻抗時(shí)得到高精度 改變測(cè)量頻率需要重新校準(zhǔn) 阻抗測(cè)量范圍窄 頻率范圍 ：300KHz 3GHz 23共四十三頁(yè)網(wǎng)絡(luò)分析法300KHz1101001K10K100K1M10M100M1G10G10KHz70MHz10KHz110MHz1 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(pnl)和測(cè)量方法的對(duì)應(yīng)：24共四十三頁(yè)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)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(jn d)和操作的

8、方便性 沒(méi)有一種方法能包括所有的測(cè)量能力，因而在選擇測(cè)量方法時(shí)需折衷考慮 25共四十三頁(yè)2.儀器(yq)分類阻抗測(cè)量?jī)x器分為兩種:一種是利用模擬阻抗測(cè)量的儀器 采用電橋法的：萬(wàn)用電橋；惠斯登電橋等各種( zhn)電橋儀器采用諧振法的：Q表 采用電壓-電流法的：多用表；可變電阻器；參數(shù)測(cè)量?jī)x 26共四十三頁(yè)另一種是數(shù)字式阻抗測(cè)量?jī)x器采用RF電壓電流法的：射頻阻抗分析儀采用自動(dòng)(zdng)平衡電橋法的：LF阻抗測(cè)量?jī)x采用網(wǎng)絡(luò)分析法的：網(wǎng)絡(luò)分析儀 The End27共四十三頁(yè)7.3 阻抗(zkng)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(cling)元件參數(shù)

9、 6.3.4 Q值測(cè)量 28共四十三頁(yè)7.3.1 電壓(diny)電流法 電壓-電流法又叫伏安法，即利用歐姆定律，用測(cè)量(cling)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： 29共四十三頁(yè)7.3.2 電橋(din qio)法1) 電橋的平衡條件 用指數(shù)形式表示 上式必須(bx)同時(shí)滿足 D交流電橋DD為檢流計(jì)。30共四十三頁(yè)2)交流(jioli)四臂電橋 精密(jngm)萬(wàn)用電橋方框圖平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)測(cè)量橋路平衡指示電路顯示電路電源測(cè)量信號(hào)源31共四十三頁(yè)3） 變壓器耦合臂電橋(din qio) 兩電橋(din qio)的平衡條件都為：電壓比例臂構(gòu)成的橋路電流比例臂構(gòu)成的橋路DD32

10、共四十三頁(yè)4）電橋法測(cè)量集總參數(shù)(cnsh)元件的誤差來(lái)源 標(biāo)準(zhǔn)元件值的誤差 電橋指示器的誤差 屏蔽不良引起誤差 另外(ln wi)，寄生耦合和外界電磁場(chǎng)的干擾也會(huì)引起誤差。33共四十三頁(yè)7.3.3 諧振法測(cè)量元件(yunjin)參數(shù) 諧振(xizhn)法測(cè)量原理圖測(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):34共四十三頁(yè)（1）直接(zhji)測(cè)量思路一：根據(jù)諧振(xizhn)頻率和已知標(biāo)準(zhǔn)電感值L求電容C ;思路二：根據(jù)諧振頻率和已知標(biāo)準(zhǔn)電容值C求電感L .35共四十三頁(yè)諧振法直接(zhji)測(cè)電容振蕩器當(dāng)CX較小時(shí)(xiosh)，并聯(lián)接入 選擇適當(dāng)電感 L(不必為標(biāo)準(zhǔn)電感)，接入標(biāo)準(zhǔn)可變

11、電容CS（如虛線所示），調(diào)回路至諧振;然后接入被測(cè)電容CX ，調(diào)節(jié)可變電容至再次諧振。當(dāng)CX較大時(shí)CX應(yīng)和CS串聯(lián)接入（2）替代法：直接測(cè)電容36共四十三頁(yè)（2）替代法： 并聯(lián)替代法:測(cè)量較大(jio d)的電感 并聯(lián)(bnglin)替代法測(cè)量電感的原理圖信號(hào)源步驟：1）小電容Cs1諧振；2）接入Lx, 調(diào)Cs2再次諧振；3）求解Lx。37共四十三頁(yè) 串聯(lián)(chunlin)替代法測(cè)電感 串聯(lián)替代法：測(cè)量(cling)小電感步驟：1）小電容Cs1諧振；2）接入Lx, 調(diào)Cs2再次諧振；3）求解Lx。38共四十三頁(yè)7.4 阻抗(zkng)的數(shù)字測(cè)量法 3.4.1 矢量(shling)電流-電壓法1

12、.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 3.4.2 自動(dòng)平衡電橋39共四十三頁(yè)7.4.1 矢量電流(dinli)-電壓法1.矢量(shling)電流-電壓法的原理 接入標(biāo)準(zhǔn)阻抗RS40共四十三頁(yè)阻抗(zkng)的數(shù)字測(cè)量法原理圖 緩沖(hunchng)放大器數(shù)字顯示器相敏檢波器A/D轉(zhuǎn)換器CPURAMROM相位參考基準(zhǔn)41共四十三頁(yè)2 智能化LCR測(cè)量?jī)x的基本(jbn)組成選擇開(kāi)關(guān)1測(cè)試(csh)信號(hào)源可變衰減器相敏檢波器放大器濾波器選擇開(kāi)關(guān)2積分AD比較器單片微機(jī)系統(tǒng)顯示器功能選擇自由軸發(fā)生器 V/I轉(zhuǎn)換器雙斜積分信號(hào)調(diào)理-+A1A2A3+-+-42共四十三頁(yè)內(nèi)容摘要電路參數(shù)測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)。|z|。(a) 測(cè)試電壓(AC)。(b) 測(cè)試電流(AC)。* 陶瓷電容器與鐵芯電容器的直流偏置影響。1 10 102 103 10 4?？傊?，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