电子测量与仪器阻抗测量.pptVIP

基础复习：同步检波、相敏检波 通 告 因陈尚松老师要去成都开会，上课时间调整如下： 6月8日（星期五） 3、4节 停课 6月11日（星期一）3、4节 作业课（王 老师） 6月15日（星期五）3、4节 正常上课 2.台式数字万用表中的L、C测量 图7.25　电感－电压变换器 设标准正弦信号为ur＝Ursinωt。则uo为 （7.31） 利用双积分DVM可以实现Rx、、Lx、QX的测量。对应第5章 双积分DVM中（5.47）式： 同理将上页U2代入Ux可得 （7.36） （7.35） 这里将上页U1代入Ux则 3．智能化LCR测量仪 国内外主要仪器厂家还生产了内含微处理器的各种LCR参数 测量仪。这种专用的LCR测量仪具有多功能、多参量、多频 率、高速度、高精度、大屏幕、菜单方式显示等优点，不过 价格较昂贵。 带微处理器的智能化LCR测量仪都是根据欧姆定律，采用矢 量电压-电流法。即将阻抗看成正弦交流电压与电流的复数比 值，即 （7.40） 思路：矢量电压电流比→两矢量电压比→两标量电压比 （7.41） 这样，对阻抗 的测量变成了两个矢量电压比的测量。 完成两个矢量电压的测量方法通常是用一台电压表通过开关 转换分时测量US和UX。 基本原理：但是实现对矢量电压-电流的测量比较困难，这里 是将一个标准阻抗 与被测阻抗 串联，如图7.27所示，则 可得到 图7.27　引入标准阻抗测试原理 Ux Us ux 实现两个矢量除法运算有固定轴法和自由轴法，将矢量除法 转换成标量除法。早期产品中采用的固定轴法如图7.28（a） 所示，因难以保证两个矢量相位严格保持一致，使硬件电路 相当复杂，调试困难，可靠性低。现代产品中大多采用了自 由轴法，如图7.28（b）所示。自由轴法不是把复数阻抗坐标 固定在某一指定的矢量电压的方向上，坐标轴的选择可以是 任意的，参考电压可以不与任何一个被测电压的方向相同， 但应与被测电压之一保持固定的相位关系，如相差α，且在 整个测量过程中保持不变。由图7.28（b）可得 y 图7.28　固定轴与自由轴法矢量关系图 x 0 Uxy USy Uxx USx Uxy Uxx Us Ux (a) (b) Us 难以保证两个矢量相位严格保持一致 α （7.42） （7.43） 由此可得 式中用标准电阻RS代替ZS，显然，只要知道每个矢量在直角坐标轴上的两个投影值，变为标量比，经过四则运算，即可求出结果。 自由轴法的测量原理方框图如图7.29所示，图中相敏检波器 的参考电压是受微处理器控制的自由轴坐标发生器提供，它 是任意方向的精确的正交基准信号。相敏检波器通过开关选 择 和 ，便可得到它们的投影分量，然后由A/D转换成 数字量，经接口电路送到微处理器系统中存储，最后，CPU 对其进行计算得到待测数。 图7.29　自由轴法原理方框图 前端 电路 A/D 前端 电路 相敏检波器 转换器 μP 交流电压 和 的测量包括幅度和相位，方法是采用相敏 检波器对每个电压进行两次测量。在两次测量中，相敏检波 器参考电压是正交的，应有精确的90°的相位差关系。而对 于参考电压与被测信号电压之间的相互关系只要相对稳定， 而不要求精确确定。 自由轴法虽然采用矢量电流-电压法的基本原理，但由于其精 确的正交坐标系主要靠软件来产生和保证，硬件电路大大简化， 还消除了固定轴法难于克服的同相误差，提高了精确度。同时 被测参数是通过计算机获得的，因而除了可以得到常用的C、L、 R、损耗角正切值D、品质因数Q、等效串联电阻ESR等以外， 还可方便地计算出其他多种阻抗参量，如阻抗模值 、导纳模 值 、串联电抗X、并联电纳B、并联电导G、阻抗相角θ等。 目前智能化LCR测量仪仍在向宽量程、高准确度、智能化和兼有 测量与分选两种功能方向发展。当前参数可测范围及准确度为： 电阻R：0.01μΩ～1018Ω，准确度±0.001% 电容C：10-19F～20F， 准确度±10-6 电感L：0.01nH～20mH， 准确度±0.05% 表7.4 几种典型产品的性能参数对比 HP4284A （本系实验室有） 表7.5 常用的阻抗测量仪器的分类与方法比较表 射频元件测量 300KHz或更高 改变测量频率需要重新校准。阻抗测量范围窄。 高频率范围。当被测阻抗接近特征阻抗时得到高精度。可测量接地器件。 网络分析法 网络分析仪 射频元件测量 1MHz至3GHz 工作频率范围受限于探头使用的互感器。 高频范围内具有高的精度(0.1%典型值)和宽阻抗范围。 矢量电压－电流法 射频阻抗分析仪 通用元件测量 20Hz至110MHz 不能适应更高的频率范围。 从低频