自动阻抗测量仪工作原理及阻抗测量方法

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1、自动阻抗测量仪工作原理及阻抗测量方法

2、第1...　图中Z1，Z2，Z3，Z4为电桥的四臂的阻抗，E为电桥的信号源，G为电桥的平衡指示器。当电桥桥路平衡时，Uab=0，桥路平衡指示器上无电流流过，根据克希荷夫定律：I1=I2，I3=I4，Uca=Ucb，Uad=Ubd故：I1Z1=I3Z3，I2Z2=I4Z4以上两式相比得：Z1/Z2=Z3/Z4这就是四臂电桥平衡的条件，当桥路中有3个桥臂为已知时，则未知量才可求得。这种测量方法操作繁琐、费时，且测量范围受限，给测量带来极大不便，所以高性能的阻抗测量仪是测量阻抗所必不可少的。2自动阻抗测量仪2.1概

3、述自动阻抗测量仪(型号如HP4274A/4275A)是一种高性能、宽量程且高精度的全自动阻抗测量仪器。该仪器的测试频率为100Hz~10MHz，频率范围宽且可任意设置信号电平及直流偏置电压。内装多用途的测量显示器可显示测试频率设定值及测试信号电压或电流，用以监控施加于被测件的测试信号。该仪器测量参量范围广泛，能够测试的参量有：电容（C）、电感（L）、电阻（R）、电导（G）、电纳（B）、电抗（X）、损耗因数（D）、品质因数（Q），并且还可测量矢量阻抗的模值及相角（θ）。基本测量精度01%。电缆长度的时适转换可使被测参量在夹具零米距离及壹米距离时得到不同的测试数据

4、。元件阻抗是一个复杂的量值，其数值明显地随着工作频率及信号电平而产生变化，自动阻抗测量仪可以准确有效地测量复阻抗(实部与虚部)。2.2基本工作原理大多数的阻抗仪器采用电桥电路或矢量电压电流的方法测量交流阻抗。矢量电压电流的方法将测试信号电压加到被测件，测量信号电流流过被测件，然后由电压和电流之比计算测试端阻抗。这种方法可用于多端测量结构，在电路中消除残余阻抗的影响。同时测量电路比较简单、量程宽。电桥电路不需要使用通常的平衡控制，所以便于高速测量且操作容易。自动阻抗测量仪主要由4部分组成：信号源、自动电桥(电桥电路)、矢量电压比检测器(VRD)、数字控制部分。其

5、工作原理框图如图2所示（HP4275A型）。　500)this.style.ouseg(this)">(1)信号源信号源部分由晶体振荡器、可编程分频器、功率放大器等组成。(2)自动电桥(电桥电路)该部分主要由量程电阻、零检测器、调制器等组成。在高频时阻抗测量仪具有自动平衡电桥的优点，扩大了矢量电压电流的测量能力。其工作过程如下：如果适当调整量程电阻的数值，电桥电路在零检测器和调制器控制下自动平衡。当电桥平衡时，在Lpot端是0V，流过DUT的电流等于流过量程电阻的电流。DUT电流与量程电阻电压的关系由下式得到：I=Vdut/Zx=Vrr/Rr测试端阻抗Zx

6、能从Vdut和Vrr计算得出:Zx=Rr(Vdut/Vrr)。阻抗测量仪采用自动平衡电桥，由调制器控制Vrr信号的幅度和相位，确定流过量程电阻的电流，从而使流过DUT被测件的电流和流过量程电阻的电流相等。调制器简化方块图如图3所示。500)this.style.ouseg(this)">　(3)矢量电压比检测器(VRD)矢量电压比检测器主要由带通放大器、相位检波器、A-D变换器组成。带通放大器按照一定时序逐次放大并馈送Vdut或Vrr信号到相位检波器。图4是Vdut和Vrr信号矢量的关系图，Vdut和Vrr可以分别分成相互垂直的相量成分，即可分为实部和虚部两部

7、分。从4个分量Va.Vb.Vc.Vd.可以计算被测件DUT的阻抗和导纳。500)this.style.ouseg(this)">　500)this.style.ouseg(this)">　(4)数字控制部分数字控制部分由微处理单元、存储器、VRD控制器、HP-IB接口、显示和键盘等部分组成，控制整个仪器的工作。微处理器（M6800）通过3种数据总线与其他器件接口，管理全部数字数据处理及模拟测量电路时序控制。存储器包括18kB的程序控制ROM，存储有模拟部分控制程序以及数字数据处理程序（数据的计数、计算、传送、存储），还有1.5kB的RAM。3

8、阻抗测量方法3.1阻抗的定义根据欧姆定理某元件在正弦稳态时电压矢量与电流矢量之比定义为该元件的阻抗。用字母Z表示，单位为欧姆(Ω)。公式如下：Z=U/I，用复数的形式表示：Z∠θ=R+jX阻抗的倒数定义为导纳，通常用于描述并联元件，用字母Y表示，单位为西门子S。公式如下：Y=I/U，用复数的形式表示：Y∠Φ=G+jB3.2阻抗的测量方法近年来，随着电子技术的发展，出现了数字化、自动化、智能化且带微处理控制技术的多种新型阻抗测量仪器。由于高频测量的需要，原先应用在直流或低频的阻抗测量方法已有改进，新的测量方法已广泛地使用在工作中，例如高频矢量阻抗测量法

9、，介绍如下