阻抗測試的基本概念與方法

2020-11-23 電子發燒友

阻抗測試的基本概念與方法

工程師之餘 發表於 2018-11-07 17:46:07

阻抗測試基本概念

阻抗定義：

阻抗是元器件或電路對周期的交流信號的總的反作用。

AC 交流測試信號 （幅度和頻率）。

包括實部和虛部。

阻抗是評測電路、元件以及製作元件材料的重要參數。那麼什麼是阻抗呢？讓我們先來看一下阻抗的定義。

首先阻抗是一個矢量。

通常，阻抗是指器件或電路對流經它的給定頻率的交流電流的抵抗能力。它用矢量平面上的複數表示。一個阻抗矢量包括實部（電阻R）和虛部（電抗X）。

如圖下圖所示，阻抗在直角坐標系中用Z=R+jX表示。那麼在極坐標系中，阻抗可以用幅度和相角表示。直角坐標系中的實部和虛部可以通過數學換算成極坐標系中的幅度和相位。

其次，要記住阻抗的單位是歐姆。另外，要思考一下我們所熟知的電阻（R）、電感（L）和電容（C）分別對應由於復阻抗平面中的位置。

導納：導納是阻抗的倒數，它也可以可以表述為實部（G電導）和虛部（電納），其單位是西門子。


導納公式

為什麼要有阻抗和導納兩種表述方式呢？主要是為了非常簡單的表述兩種常用串連和並聯連接方式。對於電阻和電抗串聯連接時，採用阻抗的表述非常簡單易用。但是對於電阻和電抗並聯連接時，阻抗的表述非常複雜，這時候，採用導納就非常簡單易用了。


阻抗和導納的關係

通常，阻抗是指器件或電路對流經它的給定頻率的交流電流的抵抗能力。它用矢量平面上的複數表示。一個阻抗矢量包括實部（電阻R）和虛部（電抗X）。

阻抗測量有多種可選擇的方法，每種方法都有各自得優點和缺點。需要首先考慮測量的要求和條件，然後選擇最合適的方法。需要考慮的因素包括頻率覆蓋範圍、測量量程、測量精度和操作的方便性。

1、自動平衡電橋法

流過DUT的電流也流過電阻器Rr。「L」點的電位保持為0V（從而稱為「虛地」）。I-V轉換放大器使Rr上的電流與DUT的電流保持平衡。測量高端電壓和Rr上的電壓，即可計算出DUT的阻抗值。

各類儀器自動平衡電橋的實際配置會有所不同。常規LCR表的低頻範圍一般低於100KHz，可使用簡單的運算放大器作為它的I-V轉換器。由於受到放大器性能的限制，這類儀器在高頻時的精度較差。寬帶LCR表和阻抗分析儀所使用的I-V轉換器包括複雜的檢波器、積分器和矢量調製器，以保證在1MHz以上寬頻率範圍內的高精度。這類儀器能達到110MHz的最高頻率。

2、射頻I-V法

射頻I-V法用阻抗匹配測量電路（50歐姆）和精密同軸測試埠實現不同配置，能在較高頻率下工作。有兩种放置電壓表和電流表的方法，以分別適應低阻抗和高阻抗的測量。如圖所示，被測器件（DUT）的阻抗由電壓和電流測量值導出，流過DUT的電流由已知阻值的低阻電阻器R上的電壓經計算得到。在實際測量中，電阻器R處放置低損耗互感器，但該互感器也限制了可應用頻率範圍的低端。

3、網絡分析法

通過測量注入信號與反射信號之比得到反射係數。用定向耦合器或電橋檢測反射信號，並用網絡分析儀提供和測量該信號。由於這種方法測量的是在DUT上的反射，因而能用於較高的頻率範圍。

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