交流阻抗及L、C的測量

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯交流阻抗及L、C的測量 在溝通條件下，R、L、C元件必需考慮損耗、引線電阻、分布電感和分布電容的影響，R、L、C元件的實際阻抗隨環(huán)境以及工作頻率的變化而變化。測量溝通阻抗和L、C參數(shù)的方法可用傳統(tǒng)的溝通電橋，也可以用變量器電橋和數(shù)字式阻抗測量儀等儀器。 圖1溝通四臂電橋 1溝通阻抗電橋 圖1是溝通阻抗電橋原理圖。由4個橋臂阻抗Z1、Z2、Z3和Z4，1個激勵源U和1個檢流計G組成。 （1）電橋平衡條件 調(diào)整各橋臂參數(shù)，使檢流計讀數(shù)IG=0，則電橋處于平衡，可得 Z1Z3=Z2Z4（1） 設(shè)Z1為被測阻抗Z則電橋平衡后Zx可從其他三個橋臂阻抗求得。 式（1）為

2、溝通阻抗電橋的平衡條件。若將其用指數(shù)形式表示則有 （2） 依據(jù)復數(shù)相等的定義，上式必需同時滿意 （3） 式（3）表明，電橋平衡必需同時滿意模平衡和相位平衡兩個條件。因此，在溝通狀況下，電橋四個橋臂阻抗的大小和性質(zhì)必需按肯定條件配置，否則可能不能實現(xiàn)電橋平衡。在有用電橋中，為了使結(jié)構(gòu)簡潔，調(diào)整便利，通常有兩個橋臂采納純電阻。由式（1）可知，若相鄰兩臂（如Z3和Z4）為純電阻，則另外兩臂的阻抗性質(zhì)必需相同（即同為容性或感性）；若相對兩臂（如Z2和Z4） 采納純電阻，則另外兩臂必需一個是電感性阻抗，另一個是電容性阻抗。 溝通電橋至少應有兩個可調(diào)整的標準元件，通常是用一個可變電阻和一個可變電抗，大多采

3、納標準電容器作為標準電抗器。需反復調(diào)整可調(diào)標準元件，以使式（2-84）成立，調(diào)整溝通電橋平衡要比調(diào)整直流電橋平衡麻煩得多。 （2）電橋電路及元件參數(shù)的測量 溝通阻抗電橋有多種配置形式，各有特點和適用范圍。此處僅以串聯(lián)電容電橋為例說明。 圖2中，若Z1和Z2為串聯(lián)電容，Z3和Z4為純電阻，則構(gòu)成串聯(lián)電容電橋（或稱維恩電橋）。設(shè) 依據(jù)電橋平衡條件，得 上式兩邊必需同時滿意實部相等和虛部相等條件，因此可以解得 （4） 由上式可知，當選擇R2和C2為可調(diào)元件時，被測量的參數(shù)Rx和Cx可以分別讀數(shù)。 串聯(lián)電容電橋適于測量損耗小的電容，且便于讀數(shù)。其他形式電橋的特點和平衡條件請參閱相關(guān)資料。 2變量器電橋

4、 溝通四臂電橋適用于在低頻時測量溝通電阻、電感、電容等，且使用不太便利。變量器電橋可用于高頻時的阻抗測量。變量器電橋有變壓式、變流式和雙邊式三種結(jié)構(gòu)，雙邊式是前兩種結(jié)構(gòu)形式的組合。 圖2為常用的雙邊式變量器電橋原理電路。圖中Zx是被測阻抗；Zb是標準阻抗；G是檢流計；n1和n2是變量器B1，二次繞組上兩個繞組的匝數(shù)；、是n1、n2上的感應電壓，m1、m2是變量器B2一次繞組上兩個繞組的匝數(shù)。是電橋平衡時流經(jīng)Zx和m1的電流；是流經(jīng)Zb和m2的電流。若B1的漏抗和內(nèi)電阻都可忽視，則電橋平衡時可得 （5） 圖2雙邊式變量器電橋 對B2，電橋平衡時G指零，可得 （6） 由（5）和（6）式可解得 （7

5、） 由于n1、n2、m1、m2和Zb均為已知值，故從式（7）可求出Zx。 變量器電橋的特點是：匝數(shù)比可以做得很精確，也不受溫度，老化等因素的影響；靈敏度高；收斂性好；橋路所用標準元件少。因此變量器電橋得到廣泛應用，其工作頻率可達幾百兆赫茲；電阻量程為10-4109 ，精度可達±（0.010.001）；電容量程為10-8104F，精度最高可達±1×10-7；電感量程為10-2H105H，精度±0.01。 3數(shù)字式阻抗測量儀 傳統(tǒng)的阻抗測量儀是模擬式的。主要采納電橋法、諧振法和伏安法進行測量，缺點較多。測量技術(shù)的進展，要求對阻抗的測量既精確又快速，并實現(xiàn)自動

6、測量和數(shù)字顯示。近年來，由于高性能微處理器的使用使得現(xiàn)在的阻抗測量儀向數(shù)字化、智能化方向進展。 （1）矢量阻抗測量原理 目前帶有微處理器的數(shù)字式阻抗測量儀多采納矢量阻抗測量法，即從阻抗的基本定義動身，依據(jù)被測阻抗元件兩端的電壓矢量和流過被測阻抗元件的電流矢量計算出被測阻抗元件的值。 （a）溝通電壓電流表法測阻抗 （b）引入標準阻抗測試原理 圖3阻抗測量原理 如圖3（a）所示，若已知被測阻抗的端電壓和流過被測阻抗的電流矢量，則可精確求得被測阻抗 （8） 若在圖4（a）中，將被測阻抗Zx與一標準阻抗Zb串聯(lián)，如圖4（b）所示，則可得 （9） 圖4矢量關(guān)系圖 可見，這樣就將對阻抗Zx的測量變成了測量兩個矢量電壓的比。 被測阻抗Zx兩端電壓與標準阻抗Zb兩端電壓的矢量關(guān)系如圖2-28所示。圖中 （10） 若式（10）中Zb用標準電阻Rb代替，則 圖5阻抗電壓變換器 K，令，則由圖可知 （11） 式中 （12） （13） 由上兩式可知，放大器輸出電壓中包含有與信號源同相的重量，以及與正交的重量。因此，若能將和分別出來，則由式（12）可得 （14） 若被測元件是電感，則由（13）和（14）式得 （15） 若被測元件是電容，則由（15）和（13）式得 （16） 圖4中的鑒相器包含有乘法器和低通濾波器，鑒相