第7章 電路參數(shù)測量儀器設計

1、 電路參數(shù)測量(cling)儀器設計共四十三頁理想(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共四十三頁理想(lxing)電容考慮泄漏、引線(ynxin)電阻和電感考慮泄漏、介質損耗等 電容器CCCR0R0L0R,03共四十三頁 電感器理想(lxing)電感考慮(kol)導線損耗考慮導線損耗和分布電容LR0LC0LR04共四十三頁電阻器的頻率響應(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共四十三頁電感器的頻率響應(pn l xin yn)C0 LR0LC0R0C0的影響(y

2、ngxing)|z|理想 LR0理想 LC0的影響|z|R06共四十三頁電容器的頻率響應(pn l xin yn)L0的影響(yngxing)|z|R0理想 CR0CL07共四十三頁* 測試信號(xnho)（AC）電平對電容器和鐵芯電感器的影響。與AC有關(yugun)的鐵芯電感器與AC電壓有關的陶瓷電容器(a) 測試電壓(AC)測試信號電平： 高K值中K值低K值CoV(b) 測試電流(AC)LoI8共四十三頁與直流偏置(pin zh)電壓有關的陶瓷電容器直流偏置(pin zh)電壓與直流偏置電流有關的鐵芯電容器* 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共四十三頁溫度(wnd)時間(shjin)溫度中K值高K值陶瓷電容器的溫度相關性陶瓷電容器的老化相關性oCCo1 10 102 103 10 425總之，集總參數(shù)元件由于受到寄生參數(shù)、測試信號電平、直流偏置、溫度、以及其它因素的影響，在測量阻抗值時需要綜合考慮多種因素。10共四十三頁7.1.2 元件參數(shù)測量的基本(jbn)技術電橋(din qio)法D1. 測量方法概述電橋平衡電流流過檢測器D為零時：11共四十三頁電橋法的優(yōu)缺點和頻率范圍:高精度（0.1%典型值） 使用不同電橋可得到(d do)寬頻率范圍 價格低 需要手動平衡 單臺儀器的頻率覆蓋范圍較窄 頻率范圍 ：DC 300MH

4、z 12共四十三頁諧振(xizhn)法 改變電容C直到電路諧振(xizhn)諧振時XL=XC 僅有RX存在QRXDUTLXECVOSC被測元件Q值：電容上的電壓與外加信號電壓U之比。13共四十三頁諧振法的優(yōu)缺點和頻率(pnl)范圍可測很高的Q值 需要調諧到諧振 阻抗測量精度低 頻率范圍 ：10KHz 70MHz 14共四十三頁 電壓(diny)電流法 由測量的電壓值和電流值計算(j sun)被測阻抗ZX電流通過它所流經的RS上的電壓計算V1V2RSZXIOSC15共四十三頁電壓電流法的優(yōu)缺點和頻率范圍可測量接地器件(qjin) 適合于探頭類測試需要使用簡單 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(b)高阻抗(zkng)類型 RVxV2V1ZXIOSCRR2V1=Vx+V2AB18共四十三頁射頻電壓電流法的優(yōu)缺點和頻率范圍高精度（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共四十三頁自動(zdng)平衡電橋法 -+DUTHLR虛地V1II2I= I2V2= I2RZ =V1

6、I=V1RV2V1I2=V2通過DUT的電流也通過電阻(dinz)R“L”點的電位保持為0V（稱為虛地）電壓電流轉換放大器使R上的電流與DUT上的電流保持平衡 20共四十三頁自動平衡電橋法的優(yōu)缺點和頻率(pnl)范圍高精度（0.05%典型值） 很寬的測量范圍 使用簡單不能適應更高的頻率范圍頻率范圍 ：20Hz 110MHz 21共四十三頁網(wǎng)絡(wnglu)分析法 通過測量輸入信號與反射(fnsh)信號之比得到反射(fnsh)系數(shù)用定向耦合器或電橋檢測反射信號 用網(wǎng)絡分析儀提供激勵并測量響應 DUTVINCVR輸入信號反射信號定向偶合器或電橋OSCZXV1V222共四十三頁網(wǎng)絡分析法的優(yōu)缺點和頻

7、率范圍高頻率范圍 當被測阻抗接近特征(tzhng)阻抗時得到高精度 改變測量頻率需要重新校準 阻抗測量范圍窄 頻率范圍 ：300KHz 3GHz 23共四十三頁網(wǎng)絡分析法300KHz1101001K10K100K1M10M100M1G10G10KHz70MHz10KHz110MHz1 MHz3GHzRF電壓電流法電壓-電流法法諧振法0HZ300MHz電橋法20HZ110MHz自動平電橋法頻率(pnl)和測量方法的對應：24共四十三頁選擇正確的測量方法每種方法都有其各自的優(yōu)缺點必須首先考慮測量的要求和條件，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、測量量程、測量精度(jn d)和操作的

8、方便性 沒有一種方法能包括所有的測量能力，因而在選擇測量方法時需折衷考慮 25共四十三頁2.儀器(yq)分類阻抗測量儀器分為兩種:一種是利用模擬阻抗測量的儀器 采用電橋法的：萬用電橋；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)測量儀 26共四十三頁另一種是數(shù)字式阻抗測量儀器采用RF電壓電流法的：射頻阻抗分析儀采用自動(zdng)平衡電橋法的：LF阻抗測量儀采用網(wǎng)絡分析法的：網(wǎng)絡分析儀 The End27共四十三頁7.3 阻抗(zkng)的模擬測量法 6.3.1 電壓電流法 6.3.2 電橋法 6.3.3 諧振法測量(cling)元件參數(shù)

9、 6.3.4 Q值測量 28共四十三頁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，用測量(cling)的電壓值和電流值計算被測阻抗值： 被測器件的導納為： 29共四十三頁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)同時滿足 D交流電橋DD為檢流計。30共四十三頁2)交流(jioli)四臂電橋 精密(jngm)萬用電橋方框圖平衡調節(jié)機構測量橋路平衡指示電路顯示電路電源測量信號源31共四十三頁3） 變壓器耦合臂電橋(din qio) 兩電橋(din qio)的平衡條件都為：電壓比例臂構成的橋路電流比例臂構成的橋路DD32

10、共四十三頁4）電橋法測量集總參數(shù)(cnsh)元件的誤差來源 標準元件值的誤差 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的干擾也會引起誤差。33共四十三頁7.3.3 諧振法測量元件(yunjin)參數(shù) 諧振(xizhn)法測量原理圖測量高頻電路參數(shù)的重要方法。當回路達到諧振時:34共四十三頁（1）直接(zhji)測量思路一：根據(jù)諧振(xizhn)頻率和已知標準電感值L求電容C ;思路二：根據(jù)諧振頻率和已知標準電容值C求電感L .35共四十三頁諧振法直接(zhji)測電容振蕩器當CX較小時(xiosh)，并聯(lián)接入 選擇適當電感 L(不必為標準電感)，接入標準可變

11、電容CS（如虛線所示），調回路至諧振;然后接入被測電容CX ，調節(jié)可變電容至再次諧振。當CX較大時CX應和CS串聯(lián)接入（2）替代法：直接測電容36共四十三頁（2）替代法： 并聯(lián)替代法:測量較大(jio d)的電感 并聯(lián)(bnglin)替代法測量電感的原理圖信號源步驟：1）小電容Cs1諧振；2）接入Lx, 調Cs2再次諧振；3）求解Lx。37共四十三頁 串聯(lián)(chunlin)替代法測電感 串聯(lián)替代法：測量(cling)小電感步驟：1）小電容Cs1諧振；2）接入Lx, 調Cs2再次諧振；3）求解Lx。38共四十三頁7.4 阻抗(zkng)的數(shù)字測量法 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測量儀的基本組成 3.4.2 自動平衡電橋39共四十三頁7.4.1 矢量電流(dinli)-電壓法1.矢量(shling)電流-電壓法的原理 接入標準阻抗RS40共四十三頁阻抗(zkng)的數(shù)字測量法原理圖 緩沖(hunchng)放大器數(shù)字顯示器相敏檢波器A/D轉換器CPURAMROM相位參考基準41共四十三頁2 智能化LCR測量儀的基本(jbn)組成選擇開關1測試(csh)信號源可變衰減器相敏檢波器放大器濾波器選擇開關2積分AD比較器單片微機系統(tǒng)顯示器功能選擇自由軸發(fā)生器 V/I轉換器雙斜積分信號調理-+A1A2A3+-+-42共四十三頁內容摘要電路參數(shù)測量儀器設計。|z|。(a) 測試電壓(AC)。(b) 測試電流(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)、測試信號電平、直流偏置、溫度、以及其它因素