电子测量与仪器7——阻抗测量.pptx

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1、第7章阻抗测量电子测量与仪器第7章阻抗测量7.1概述7.1.1阻抗的定义与表示式7.1.2阻抗元件R、L、C的基本特性7.1.3阻抗测量特点和方法7.2电阻的测量7.2.1伏安法7.2.2三用表中的电阻挡7.2.3电桥法7.3电感、电容的测量7.3.1电桥法7.3.2谐振法（Q表）7.3.3数字化方法本章小结作业布置7.1概述7.1.1阻抗的定义与表示式阻抗是表征一个元器件或电路中电压、电流关系的复数特征量，用公式表示为（7.1）图7.1　阻抗的矢量图Rjx导纳Y是阻抗Z的倒数，即（7.2）式中，G和B

2、分别为导纳的电导分量和电纳分量。导纳的极坐标形式为：Y=G+jB=

3、Y

4、ejφ式中，

5、Y

6、和φ分别为导纳的幅度和导纳角。7.1.2阻抗元件R、L、C的基本特性在电子技术中，随着频率及电路形式的不同，可分为：集总参数电路：频率在数百兆赫以下的集总参数电路元件(如电感线圈、电容器、电阻器等)。元件尺寸<<波长（300MHz,λ=1m）分布参数电路：频率在数百兆赫以上的微波段，L、C已小到做不出来，只能做成微波器件（如谐振腔、耦合窗、波导、微带线等）元件尺寸≈波长本章只讨论集总参数电路元件R、L、C只能近似地

7、看作理想的纯电阻或纯电抗。任何实际的电路元件不仅是复数阻抗，且其数值一般都随所加的电流、电压、频率及环境温度、机械冲击等而变化。特别是当频率较高时，各种分布参数的影响变得十分严重。这时，电容器可能呈现感抗，而电感线圈也可能呈现容抗。1.电感线圈电感线圈的主要特性为电感L，但不可避免地还包含有损耗电阻rL和分布电容Cf。图7.2电感线圈的高频等效电路f式中Rdx——等效电阻；Ldx——等效电感令为其固有谐振角频率，并设rL<<则上式可简化为，（7.4）当时，Ldx为正值，这时电感线圈呈感抗；当时，Ldx为

8、负值，这时呈容抗；当(严格地说，)时，Ldx＝0，这时为一纯电阻，由于Cf及rL均很小，故为一高阻。当时，由式(7.4)可知，Rdx及Ldx均随频率的增高而减小。2.电容器电容器的等效电路如图7.3(a)所示，其中，除理想电容C外，还包含有介质损耗电阻Rj，由引线、接头、高频趋肤效应等产生的损耗电阻R，以及在电流作用下因磁通引起的电感L0。图7.3　电容器的等效电路(a)电容器的等效电路(b)　低频等效电路　(c)　高频等效电路3.电阻器电阻器的等效电路如图7.4所示，其中，除理想电阻R外，还有串联剩余

9、电感LR及并联分布电容Cf。令为其固有谐振频率，当时，等效电路呈感性，电阻与电感皆随频率的升高而增大；当时，等效电路呈容性。图7.4电阻器的等效电路RLRCf4.Q值通常用品质因数Q来衡量电感、电容以及谐振电路的质量，其定义为：Q=2π磁能或电能的最大值/一周期内消耗的能量对于电感可以导出（7.5）对于电容器，若仅考虑介质损耗及泄漏因数，品质因数为（7.6）在实际应用中，常用损耗角δ和损耗因数D来衡量电容器的质量。损耗因数定义为Q的倒数，即（7.7）式中，损耗角δ的含义如图7.5所示。7.1.3阻抗的测

10、量特点和方法通过上面对RLC基本特性的分析，可以明显地看出，电感线圈、电容器、电阻器的实际阻抗随各种因素而变化，在选用和测量RLC时必须注意两点：1.保证测量条件与工作条件尽量一致测量时所加的电流、电压、频率、环境条件等必须尽可能接近被测元件的实际工作条件，否则，测量结果很可能无多大价值。2.了解RLC的自身特性在选用RLC元件时要了解各种类型元件的自身特性。例如，线绕电阻只能用于低频状态；电解电容的引线电感较大；铁芯电感要防止大电流引起的饱和。7.2电阻的测量7.2.1伏安法伏安法的理论根据是欧姆定律

11、，即R=U/I。其测量原理如图7.6所示。7.2.2三用表中的电阻挡1.模拟式指针三用表中的欧姆档1)、测量原理图中红表笔为测电流、电压的正端。当RX=0时，相当于红黑表笔短路，调节内阻RT（包含电表内阻rA和可调电阻R）使表头中电流达最大值，表盘上刻度应是0Ω。当RX=∞，相当于开路，表头中电流为零，表盘上刻度是∞。RTE图7.7欧姆表原理电路图-COM+U、I、ΩRxRrA当RX=RT这时电流值应为当RX=RT时，这时I=Im/2，指针将处于表盘中央，故将RT称为中值电阻。可以证明这时是测量误差最小

12、的情况（见第2章最佳测量点的选择）。这一特点不同于电流、电压表。2)、欧姆表的量程由（7.2-1）式可以看出，在欧姆表中更换量程是应更换内阻(即中值电阻)。3)、欧姆表的使用欧姆表经常用来测量电阻、二极管、三极管等元器件，使用中要注意以下三点：(1)、调零：由于三用表中的干电池新旧不同，要保证RX=0时指针能对准0Ω，在测量前要进行调零，即将两表笔短路调整电表内阻，使电流达最大值，则对准0Ω。应当指出，实际调零电路要比图7.7原理电路稍复杂