电子测量技术第6章阻抗测量
阻抗的测量实验报告
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篇一：电分实验-策动点阻抗测量实验报告
电路频域特性的测量——策动点阻抗
501
实验时间：指导老师：养雪琴
一、实验目的：
(1)掌握策动点阻抗的测量方法。
(2)掌握示波器测量相位差的方法。
二、实验内容：
1、Rc串并联电路策动点阻抗的测量
Rc串并联电路如实验图1所示，图中R=1.2kΩ，c1=0.47 uF，c2=0.047uF。分别测量频率为500hz、4khz、
10khz时的策动点阻抗。
2、Rc
2所示，图中R=5100，c=0.1uF，
，2khz、5khz，10khz，1okhz时的策
实验图2
三、实验原理：
策动点阻抗描述了单口网络正弦激励条件下稳态时电压和电流的幅度及相位差随频率变化的关系。实验分析策动点阻抗频率特性可以采用正弦电压激励，然后测量电压及电流的幅度及相位差，并进行数据处理。
实验图3是策动点阻抗测量图，可以用毫伏表或示波器进行测量。毫伏表只能测量幅频特性，示波器可以测量幅频特性和相频特性。仪器的通道1测量电压，通道2采用间接法测量电流。
r的间按测试拔，考虑测量系统的参考点，测量的所以电阻r应该尽可能小(远小于被测电路的阻抗，但不)，减小测量误差。由于：
所以：
当被测电路存在与r串联的电阻时，可以通过测量该电阻的电压间接测量电流，省略外接小电阻r。
信号源频率可以根据需要选取一定的变化范围，并按一定间隔选取，然后根据测量数据画出幅频特性和相频特性曲线。
在测量频率特性时，应当先粗略观察一下频率特性的变化规律，在特性弯曲
较大的区域应适当增加测量频率点，然后设计好记录表格再进行逐点测量。
电子测量技术课程教学大纲
《电子测量技术》课程教学大纲
学时: 48 学分：2.5
理论学时: 28 实验学时：20
面向专业：电信工程/电信科技课程代码：
先开课程：模拟电子技术、数字电子技术、概率论、信号与系统、微机原理课程性质：必修
执笔人：车晓言代爱妮审定人：陈龙猛曹洪波
第一部分：理论教学部分
一、说明
1、课程的性质、地位和任务
电子测量技术是电子信息、自动控制、测量仪器等专业的通用技术基础课程。包括电子测量的基本原理、测量误差分析和实际应用，主要电子仪器的工作原理，性能指标，电参数的测试方法，该领域的最新发展等。电子测量技术综合应用了电子、计算机、通信、控制等技术。
通过本课程的学习，培养学生具有电子测量技术和仪器方面的基础知识和应用能力；通过本课程的学习，可开拓学生思路，培养综合应用知识能力和实践能力；培养学生严肃认真，求实求真的科学作风，为后续课程的学习和从事研发工作打下基础。
2、课程教学和教改基本要求
(1)模块化、多层次教学方法(2)理论联系实际(3)互动式、开放式教学方法
(4)课程组的教学方法研讨(5)考试方式的改革
通过本课程的学习，培养学生具有电子测量技术和仪器方面的基础知识和应用能力；通过本课程的学习，可开拓学生思路，培养综合应用知识能力和实践能力。
二、教学内容与课时分配
第1章.测量的基本原理（4学时）
（1）测量的基本概念、基本要素，测量误差的基本概念和计算方法。
（2）计量的基本概念，单位和单位制，基准和标准，量值的传递准则。
（3）测量的基本原理，信息获取原理和量值比较原理。
（4）电子测量的实现原理：变换、比较、处理、显示技术。
阻抗测量及匹配技术
电磁场与微波测量实验报告实验五阻抗测量及匹配技术实验
题目：电磁场与微波测量实验
学院：电子工程学院
班级：20132112xx
撰写人：xx
组内成员：xxxx
一、实验目的
1、掌握利用驻波测量线测量阻抗的原理和方法；
2、熟悉利用螺钉调配器匹配的方法；
3、熟悉Smith圆图的应用；
4、掌握用网络分析仪测量阻抗及调匹配的方法。
二、实验内容
1、测量给定器件的阻抗和电压驻波系数，并观察其Smith圆图；
2、在测量线系统中测量给定器件的Z L，并应用单螺调配器对其进行调匹配，使驻波系数ρ<。
三、实验设备
1、DH1121C型微波信号源：
该信号源可在等幅波、窄带扫频、内方波调制方式下工作，并具有外调制功能。在教学方式下，可实时显示体效应管的工作电压和电流关系。仪器输出功率大，以数字形式直接显示工作频率，性能稳定可靠。DH1121C型微波信号源的部分组件名称和简要介绍如下：
2、波导测量线实验系统：
本系统是微波参数实验系统，它是由三公分微波波导元件组成，该系统主要功能可使学生通过实验学习并掌握以下基本知识：
〔1〕学习各种微波器件的使用和测量方法；
〔2〕了解微波在波导中的工作状态及传输特性；
〔3〕了解微波传输线场型特性；
〔4〕学习驻波、衰减、波长〔频率〕和功率的测量；
〔5〕学习测量微波介质材料的介电常数和损耗角正切值。
波导测量线实验系统的部分组件名称和简要介绍如下：
3、单螺钉调配器：
负载和传输系统的匹配，就是要消除负载的反射，实际上，调匹配的过程就是调节调配器，使之产生一个反射波，其幅度和“失配元件”产生的反射波幅度相等、相位相反，从微波电路的角度，调配器起到了阻抗变换的作用。调配器使不匹配的元件，经变换器变化到传输线的特性阻抗，从而到达匹配目的。
实验六R、L、C元件阻抗特性的测定
实验六R、L、C元件阻抗特性的测定
一、实验目的
1.验证电阻R、感抗X L、容抗X C与频率的关系，测定R～f、X L～f及Xc～f特性曲线。
2.加深理解R、L、C元件端电压与电流间的相位关系。
二、原理说明
1.在正弦交变信号作用下，R、L、C电路元件在电路中的抗流作用与信号的频率有关，它们的阻抗频率特性R～f，X L～f，Xc～f曲线如图6-1所示。其中X L= ωL=2пfL，X C=1/ωC=1/2пfc 。
2.单一参数R、L、C阻抗频率特性的测量电路如图6-2所示。
图6-1 图6-2
图中R、L、C为被测元件，r为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R、L、C元件两端电压U R、U L、U C，流过被测元件的电流则可由r两端电压除以r 得到。
3.元件的阻抗角（即U、i的相位差φ）
（1）R与r串联时：阻抗角φ为0
（2）L与r串联时：阻抗角φ为arctgωL/r,即arctg2пfL/r
（3）C与r串联时，阻抗角φ为arctg(-1/ωCr),即arctg(-1/2пfcr)
可见在L与r串联或C与r串联时，元件的阻抗角随输入信号的频率变化而改变，将各个不同频率下的相位差画在以频率f为横坐标、阻抗角φ为纵座标的座标纸上，并用光滑的曲线连接这些点，即得到阻抗角的频率特性曲线。
图6-3
用双踪示波器测量阻抗角的方法如图6-3所示。从示波器上测得一个周期占n秒，输入输出波形时延占m秒，则实际的相位差φ（阻抗角）为φ＝m×3600 / n。
三、实验设备
R、L、C元件阻抗特性实验板、交流毫伏表、双踪示波器、函数信号发生器。
电子测量技术基础课后习题答案_1_8章张永瑞(第三版)
1.1解释名词：① 测量；② 电子测量。
答：测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。在这个过程中，人们借助专门的设备，把被测量与标准的同类单位量进行比较，从而确定被测量与单位量之间的数值关系，最后用数值和单位共同表示测量结果。从广义上说，凡是利用电子技术进行的测量都可以说是电子测量；从狭义上说，电子测量是指在电子学中测量有关电的量值的测量。
1.2叙述直接测量、间接测量、组合测量的特点，并各举一两个测量实例。
答：直接测量：它是指直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法。如：用电压表测量电阻两端的电压，用电流表测量电阻中的电流。
间接测量：利用直接测量的量与被测量之间的函数关系，间接得到被测量量值的测量方法。如：用伏安法测量电阻消耗的直流功率P，可以通过直接测量电压U，电流I ，而后根据函数关系P＝UI，经过计算，间接获得电阻消耗的功耗P；用伏安法测量电阻。
组合测量：当某项测量结果需用多个参数表达时，可通过改变测试条件进行多次测量，根据测量量与参数间的函数关系列出方程组并求解，进而得到未知量，这种测量方法称为组合测量。例如，电阻器电阻温度系数的测量。
1.3解释偏差式、零位式和微差式测量法的含义，并列举测量实例。
答：偏差式测量法：在测量过程中，用仪器仪表指针的位移（偏差）表示被
测量大小的测量方法，称为偏差式测量法。例如使用万用表测量电压、电流等。
零位式测量法：测量时用被测量与标准量相比较，用零示器指示被测量与标准量相等（平衡），从而获得被测量从而获得被测量。如利用惠斯登电桥测量电阻。
微差式测量法：通过测量待测量与基准量之差来得到待测量量值。如用微差法测量直流稳压源的稳定度。
阻抗的测量实验报告
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篇一：电分实验-策动点阻抗测量实验报告
电路频域特性的测量——策动点阻抗
501
实验时间：指导老师：养雪琴
一、实验目的：
(1)掌握策动点阻抗的测量方法。
(2)掌握示波器测量相位差的方法。
二、实验内容：
1、Rc串并联电路策动点阻抗的测量
Rc串并联电路如实验图1所示，图中R=1.2kΩ，c1=0.47 uF，c2=0.047uF。分别测量频率为500hz、4khz、
10khz时的策动点阻抗。
2、Rc
2所示，图中R=5100，c=0.1uF，
，2khz、5khz，10khz，1okhz时的策
实验图2
三、实验原理：
策动点阻抗描述了单口网络正弦激励条件下稳态时电压和电流的幅度及相位差随频率变化的关系。实验分析策动点阻抗频率特性可以采用正弦电压激励，然后测量电压及电流的幅度及相位差，并进行数据处理。
实验图3是策动点阻抗测量图，可以用毫伏表或示波器进行测量。毫伏表只能测量幅频特性，示波器可以测量幅频特性和相频特性。仪器的通道1测量电压，通道2采用间接法测量电流。
r的间按测试拔，考虑测量系统的参考点，测量的所以电阻r应该尽可能小(远小于被测电路的阻抗，但不)，减小测量误差。由于：
所以：
当被测电路存在与r串联的电阻时，可以通过测量该电阻的电压间接测量电流，省略外接小电阻r。
信号源频率可以根据需要选取一定的变化范围，并按一定间隔选取，然后根据测量数据画出幅频特性和相频特性曲线。
在测量频率特性时，应当先粗略观察一下频率特性的变化规律，在特性弯曲
较大的区域应适当增加测量频率点，然后设计好记录表格再进行逐点测量。
电子测量知识集锦(信号)
填空、名词解释、问答题、原理叙述题、计算题、
第一章12分
1.试述测量的定义？什么是量值？“一组操作”的含义是什么？5
2.列出测量的组成要素是什么？它们在测量中有何作用？8
3.简述测量误差的定义和误差的来源。6分
4.什么是绝对误差和相对误差？它们各表明什么概念？6
5.测量两个电压，分别得到它的测量值U1x=1020V，U2x=11V，它们的实际值分别为
U1A=1000V，U2A=10V，求测量的绝对误差和相对误差，并比较哪种精度高。5
6.某电压放大器，当输入电压Ui=1.2mV时，测量输出电压UO=6000mV，设Ui误差可忽
略(γ1≈0)，UO的测量误差γ2=+3%。求放大器输出电压、放大倍数的绝对误差ΔA，相对误差γx及分内误差γdB。
7.多级弹导火箭的射程为10000km时，其射击偏离预定点不超过0.1km，优秀射手能在距
离50m远处准确地射击，偏离靶心不超过2cm，试问哪一个射击精度高？5
8.某待测电流约100mA，现有0.5级量程为0~400 mA和1.5级量程为0~100 mA的两个电
流表，问用哪一个电流表测量较好？5
第二章 6
1.试述电子测量的主要内容。6
2.试述电子测量的特点。6
第四章16
1.简述时间与频率测量的特点。5
2.电子计数器按照功能分为哪4类？5
3.5
4.试根据图形说明文氏电桥测量频率的原理。5
5.试根据图形说明通用计数器测量频率的工作原理。5
6. 试根据图形说明通用计数器测量频率比的工作原理。5
7. 试根据图形说明通用计数器测量周期的工作原理。5
8. 试根据图形说明通用计数器测量时间间隔的工作原理。5
阻抗测量原理
阻抗测量原理
阻抗测量是一种用于测试电路或设备阻抗（即电阻、电感和电容）的方法。阻抗测量的原理是基于交流电信号在电路中的传输和响应。以下是阻抗测量的基本原理：
1. 交流电信号：阻抗测量通常使用交流电信号，以便能够测量电路或设备对不同频率的信号的响应。交流电信号是由正弦波组成的，并且其频率可以根据需要进行调整。
2. 激励电压：在阻抗测量中，需要在被测电路或设备上施加一个已知的交流电压。这个电压可以通过信号发生器或其他电源产生。
3. 测试电流：被测电路或设备对施加的交流电压会产生响应，导致电流流动。在测量中，需要测量通过电路或设备的电流大小。
4. 相位差测量：除了测量电流大小外，还需要测量电流和施加电压之间的相位差。相位差可以提供关于阻抗性质的额外信息。
5. 计算阻抗：通过测量电流和电压以及计算它们之间的相位差，可以计算出电路或设备的阻抗值。不同阻抗元素（电阻、电感和电容）对交流电信号的响应不同，因此通过测量可以确定它们的存在和值。
阻抗测量的原理是基于交流电信号的传输特性和电路响应的分析。通过测量电流、电压和相位差等参数，可以计算出电路或
设备的阻抗值，从而了解其性质和特征。这种测量方法在电子工程、电力系统和通信领域等具有广泛的应用。
阻抗的重要意义及测量
阻抗的重要意义及测量
自：大西洋仪器日期：2010-1-11
一、概述
“电阻抗”可以定义为对电路中电流流动的表观抵抗。从定量角度描述，阻抗是电路两端的电压与流进该电路电流之比（欧姆定律的广义形式）：
式中，Z为阻抗（Ω）；V为Z两端的电压；I为通过Z的电流。
深入理解阻抗的概念对于正确应用几乎所有的电子仪器和正确解释测量数据是非常重要的。只要将一台测量仪器连接到另一器件，就应当关注额外的负载（即连接在器件上的总阻抗的变化）对器件的工作特别是对测量数值精确度的影响。
诚然，测量仪器接到被测器件上要是不干扰被测器件的工作状态，那么，测得值与不连接测量仪器时之值完全相同。遗憾的是，测量仪器需要从被测器件（通过抽取电流）吸取能量，于是，根据测量仪器和被测器件两者阻抗大小的不同，将在一定程度上改变器件的工作状态。例如，利用普通的低阻抗指针式多用表测量电压，几乎所有电子电路都要受到影响。在晶体管电路中的电压读数低10%～20%是很典型的。另一方面，高阻抗式电阻多用表（DMM）的读数并不明显低于所有未受干扰电路的读数。不过，像场效应管电路这样的极高阻抗电路除外。
在包含信号源，如信号发生器和脉冲发生器的情况下，测量仪器输出信号的幅度仅仅是在其输出端连接指定阻抗时校准的。除非对相关的阻抗电平进行校正，否则，任何其它的阻抗值都将导致幅度误差。不仅如此，除非使信号源的输出端阻抗等于连接电缆和负载的阻抗（实现这一条件叫做“阻抗匹配”），否则，会产生令人讨厌的信号反射，从而导致校准误差并在许多情况中引起虚假信号。在连接喇叭、指示仪表（如表头、记录仪）和瓦特计等输出设备时，作类似的考虑是很重要的。
阻抗测量基础
阻抗测量基础
一． 元件阻抗的测量
我们日常使用或工厂生产的无源元件（主要指各种电感、电容、电阻）均标有一定的数值，从使用的角度说已确定了该元件的数值（标称值），实际上存在下列三个因素需要对元件进行测量：
电抗X 、导纳Y 、电导G 、电纳B 、损耗D 、品质因素Q 、相位角θ。
仪器测量时并不直接测量某单个参数，而是测量复阻抗，然后按照其相互关系转换成所需测量
将式（3）代入式（2）得：Rs Err
Edut
Zx ×−=----------------------------------------------------（4）
这里，Err ，Edut 均为矢量。
令10jV V Edut +=， 32jV V Err +=--------------------------------------------------------（5）
将式（5）代入式（4）可得：
s s
R V V V V V V j R V V V V V V Zx 2
222322
130323120+−+++−
=----------------------------------------------------（6） 比较式（6）与式（1）可得到：
s x R V V V V V V R 2
2323
120++−
=--------------------------------------------------------------------------------（7） s x R V V V V V V X 2
23
电子测量技术第6章阻抗测量
RF电压电流法 射频电压电流法与低频电压电流法的原理相同
有两种连接电压表和电流表的方法
(a)低阻抗类型
ZX
R RV I
OSC
V1 I1 R
I2 V2
Zx
V I
2V1 I2 I1
2V1 2R V2 V1 V2 1 R R V1
第22页
(b)高阻抗类型
ZX
VI
V1 R OSC R
“L”点的电位保持为0V（称为虚地）
电流/电压放大器使R上电流与DUT上电流保持平衡
虚地
H
L
DUT
V1
I
R
I2 +
V2
I= I2
V2= I2R
Z = ─V1 = ─V1 = V─1R
I
I2 V2
第25页
自动平衡电桥法的优缺点：
高精度（0.05%典型值） 很宽的测量范围 使用简单 不能适应更高的频率范围 频率范围 ：20Hz ~ 110MHz
每种连接方法各有优缺点，必须根据DUT的阻抗 和要求的测量精度，选择最适合的连接方法。
使用不同的仪器会得到不同的电感测量结果： (1)测量信号电流：即使输出同样的电压，由于源 阻抗不同，其输出电流也将不同； (2)测量夹具：大小和形状不同，产生的涡流大小 也不同。电感器旁的金属物体的影响。
电气测试技术6.0第6章 抗干扰技术
February 18, 2020
6.2 干扰抑制技术
• 工程测量中，可能会碰到各种各样的干扰，根据干扰在测 量电路输入端的作用方式及其与信号电压的关系，可以将 干扰信号分为差模干扰和共模干扰两种，见图6-4。
• 图中， Un为串模干扰，它是叠加在被测信号电压Us上的 干扰。Uc为共模干扰，它是加在仪表任一输入端与地之间 的干扰。
February 18, 2020
6.1.3 仪表内部的干扰
• 仪表内部的所有电子元件都存在固有噪声。最重要的固有 噪声有热噪声、散粒噪声和接触噪声。当噪声电压使电路 和不能正常工作时，该噪声电压称为干扰电压。 1. 热噪声（电阻噪声） 任何电阻即使不与电源相接，在 它的两端也有一定的电压。 2. 散粒噪声 在半导体元件内，散粒噪声是通过晶体管 某区的载流子的随机扩散以及电于一空穴对随机产生 和复合而形成的。 3. 接触噪声 接触噪声是由于两种材料之间的不完全接 触，从而形成 电导率的起伏而产生的。
6.1.1 干扰的来源
6.1.1.1 外部干扰 外部干扰主要来自自然界的干扰以及各种电气设备运行产生
的干扰。 1.自然干扰 各种自然现象,如闪电、雷击、宇宙射线、环
电子测量技术复习答案
《电子测量技术》
复习指南
第一部分复习要求
第一章绪论
本章主要介绍电子测量的意义、内容、特点、方法和分类，以及测量仪器的主要性能指标、计量的基本概念。
本章的基本要求是：
1、了解电子测量的意义、内容及特点；
2、了解电子测量方法的分类及测量方法选择的基本原则；
3、掌握测量仪器的基本功能及性能指标；
4、了解计量的基本概念。
第二章测量误差和测量结果处理
本章主要介绍误差的基本概念；误差的表示方法；测量误差的来源；误差的分类；随机误差和系统误差分析；系统误差的合成；测量数据的处理。
本章的基本要求是：
1、正确理解真值、实际值、测量值、绝对误差、相对误差和容许误差等基本概念；
2、掌握测量误差的来源及分类方法；
3、了解随机误差的特点；
4、掌握测得值的算术平均值、测量值的标准差和测量平均值值的标准差的计算方法；
5、掌握系统误差合成及常用函数误差合成的计算公式；
6、掌握有效数字的处理方法；
7、掌握有限次测量测量数据的处理方法。
第三章信号发生器
本章介绍了信号发生器的功用和分类，正弦信号发生器的性能指标，对标准的低频信号发生器和高频信号发生器的组成和工作原理作了详细阐述，对扫频信号发生器、脉冲信号发生器和噪声信号发生器的基本组成和工作原理作了概括介绍。
本章的基本要求是：
1、了解正弦信号发生器的性能指标；
2、掌握低频信号发生器的组成及各部分的作用；
3、掌握文氏桥振荡器、函数信号发生器的结构及工作原理；
5、掌握调谐信号发生器、锁相信号发生器和合成信号发生器的结构及工作原理；
6、了解线性电路幅频特性的测量方法；
7、掌握扫频仪的原理框图及基本工作原理；
阻抗测量技术文档
阻抗测量原理
阻抗测量采用目前主流的矢量电压电流法。矢量电压电流法是基于现代电子计算机技术的一种数字测量方法，在稳态时，阻抗定义为电压和电流的矢量比，因此矢量电压电流的方法是将测试信号电压加到被测件，测量信号电流流过被测件，然后由电压和电流矢量之比计算测试端阻抗。使用快速傅里叶变换(FFT)将采集到的一系列时域信号映射到频域，进而获得电力线的频域阻抗特性。 测量原理如下图所示：
SG
SG 为信号源，Rs 为用于采样的电阻，|Z|为电力线等效阻抗
jX R t I t U jw Z +==
)()
()(
阻抗测量由硬件平台和软件两部分共同实现。 硬件平台是阻抗测量实现的基础，主要由TMS320F2809为主处理器结合相应的功能电路实现，主要分为两部分，一部分为信号输入电路，另一部分为信号发送电路。信号输入部分是将电力线上过来的电压、电流信号进行调理、滤波、放大转换成方便进行处理的0～5V 的模拟电压。信号发送电路就是往电力线发送所需要测试频率的信号。
软件部分是系统实现的关键，在硬件平台的基础上，由程序实现整个阻抗测量的功能。软件部分由主程序、阻抗测量、时域噪声测量、频域噪声测量以及DSP 与外设接口程序五部分组成。
阻抗测量的硬件系统组成硬件设计是阻抗测量实现的基础和平台，硬件系统的功能对整个系统功能的实现起着关键作用。设计上采用TI公司的TMS320F2809作为硬件设计的核心，实现对测量信号的数字滤波，阻抗值计算任务。
硬件的简要框图：
阻抗测量硬件组成示意图
如图所示，阻抗测量主要是信号输入电路和信号发送电路组成。
阻抗测量原理
阻抗测量原理
阻抗测量是一种用于测量电路或电子元件对交流电信号的阻力
的方法。在电子工程中，阻抗测量是非常重要的，因为它可以帮助
工程师们了解电路的性能和特性。本文将介绍阻抗测量的原理及其
在电子工程中的应用。
首先，让我们来了解一下阻抗的概念。阻抗是电路或电子元件
对交流电信号的阻力，它包括电阻和电抗两部分。电阻是电路对电
流的阻力，而电抗则包括电感和电容两种。在交流电路中，电阻、
电感和电容都会对电流产生影响，因此我们需要测量它们的阻抗来
了解电路的性能。
阻抗测量的原理基于欧姆定律和基尔霍夫定律。欧姆定律指出，电阻的阻抗与电阻成正比，而基尔霍夫定律则描述了电路中电流和
电压的关系。通过测量电路中的电流和电压，我们可以计算出电路
的阻抗。
在实际应用中，我们通常使用示波器、信号发生器和万用表等
仪器来进行阻抗测量。示波器可以用来观察电路中的电压波形，信
号发生器则可以产生不同频率的交流信号，而万用表则可以测量电
路中的电流和电压。通过这些仪器的配合，我们可以准确地测量电
路的阻抗。
阻抗测量在电子工程中有着广泛的应用。在电路设计和测试中，工程师们经常需要对电路的阻抗进行测量，以确保电路的正常工作。此外，在无线通信和射频工程中，阻抗匹配是非常重要的，因为它
可以影响信号的传输和接收质量。通过阻抗测量，工程师们可以优
化无线电路的设计，提高通信质量。
总之，阻抗测量是电子工程中的重要技术，它可以帮助工程师
们了解电路的性能和特性。通过测量电路的阻抗，我们可以优化电
路设计，确保电路的正常工作。在未来的电子工程中，阻抗测量将
继续发挥重要作用，促进电子技术的发展和应用。
电子测量六、七
n－－n次谐波初相角
作为一个例子，图5－3示出了当k2 1 ，2 时的波形。 3 2 下面求被测电压的平均值 1 T V vx (t ) dt T 0 V p 2 1 2 { [sin kn sin(n n )]d [sin kn sin(n n )]d } 2 2 1 Vp kn {cos 1 cos 2 [cos(n1 n ) cos( n 2 n )]} n
冯金垣教授
第六章 电压测量
电子测量的主参量 第一节 对电压测量的基本要求和电压测量仪器的分类 一、几本要求 （ ）足够宽的频率范围：几Hz～GHz 1 (2)足够宽的电压测量范围：V ~ kV （灵敏度高， 的数字电压表） 1nV
(3)足够高的测量准确度：
%Vm－－满度的百分数 %Vx－－读数值的百分数 %Vm %Vx－－（数字电压表使用）
1 T 2 （2）模拟计算：Vx 0 vx (t )dt T 电路：
计算型AC/DC变换器 （二）刻度特性和波形误差
理论上，无波形误差，当 v x 为非正弦时，谐波有效值响应的电压表，
直流输出： kVx2 k (V12 V22 ) I k－－转换效率 I －－与相位差，波形无关 Vx2 V12 V22 V32 引入误差： K2 f V12 V12 K f －－非线性失真系数
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使用不同的仪器会得到不同的电感测量结果： (1)测量信号电流：即使输出同样的电压，由于源 阻抗不同，其输出电流也将不同； (2)测量夹具：大小和形状不同，产生的涡流大小 也不同。电感器旁的金属物体的影响。
第44页
6.2 阻抗标准
+j
电 感
虚 轴
电 容
-j
Z{R,}
Z
电阻
实轴
DUT
2
2
Z R X
arctg X R
R Z cos
X Z sin
第3页
2. 电阻器、电容器、电感器的电路模型
存在寄生电容、寄生电感和损耗。测量条件应 尽可能与实际工作条件接近，否则误差较大。 (1)真值，有效值和指示值 真值：是排除了寄生参数缺陷的电器元件量值。 有效值：考虑了元件寄生参数的影响，它是实验者 需要知道的量值。与频率相关。 指示值：测量仪器获取和显示的量值，反映出仪器 的固有损耗和不精确性。
第19页
➢ 电压电流法
▪由测量的电压值和电流值计算被测阻抗ZX
▪电流通过它所流经的低阻值标准电阻RS上的电压计 算
V2
RS
I
OSC
V1
ZX
Zx
V1 I
V1 V2
Rs
第20页
电压电流法的优缺点： ▪可测量接地器件 ▪适合于探头类测试需要 ▪使用简单 ▪工作频率范围受使用探头的变压器的限制 ▪频率范围 ：10KHz ~ 100 MHz
DUT
LP LC
(a)连接图
R0
L0
V
C0
DUT
A
R0 L0
(b)示意图
第37页
3T
1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M
(c)阻抗测量范围 ()
V A
DUT
(d)具有屏蔽的两端连接头
第38页
➢四端连接头
HC Hp
LP LC
(a)连接图
DUT
4T
第17页
➢ 谐振法
调节电容C使电路谐振，就能根据测量频率、C值和 Q值得到阻抗Lx和Rx的值。
谐振时XL=XC 仅有RX存在。
E OSC
LX
DUT
RX
IE C
Z
VV
XC
V I
RXV E
Q
XL
XC
V
RX RX E
Q值用跨接在可调电容器上的电压表直接测量。 第18页
谐振法的优缺点： ▪可测很高的Q值 ▪需要调谐到谐振 ▪阻抗测量精度低 ▪频率范围 ：10kHz ~ 70MHz
HC
HC 为电流高端
Hp
DUT
Hp 为电位高端
LP
LP 为电位低端
LC
LC 为电流低端
(a)连接图
第35页
ຫໍສະໝຸດ Baidu
(b)示意图
R0
L0
V
C0
A
DUT
(c)阻抗测量范围 ()
R0 L0
2T
1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M
第36页
➢三端连接头
HC Hp
10Ω，102Ω，103Ω，104Ω，105Ω9个标称值及一 等电阻标准装置。二等电阻标准除上述9个标称值及 电阻标准装置外，还有106Ω和107Ω及其相应装置。
电阻工作计量器具有13个标称值,从10-4Ω到108Ω. 每个标称值又有0.00005级到0.2级不等的7到9个准 确度等级。
第46页
2）标准电阻器
电阻值稳定；温度系数小；对铜的热电势小。
插入温度表
电流端子
电压端子
电流端子 电压端子 电流端子
水
无感线圈的
银
锰铜电阻线
罩
(a)构造
(b) 外观
图6-8 标准电阻器
标准电阻值较低时，由于存在与引接线的接触电阻问 题，因此把电压端子和电流端子独立设置。
第47页
6.2.2 电容标准 1）标准概况 标准电容器分为三等。一等和二等标准电容量具采 用标称值分别为1pF，10pF，100pF和1000pF的 标准电容器。它们的差别在不确定度和年稳定度。 三等标准电容量具采用标称值为10-4pF-1F的标准电 容器。分成0.01级、0.02级、0.05级、0.1级、0.2 级、0.5级和1.0级。
(c)阻抗测量范围 ()
V
DUT
A
(d)具有屏蔽的四端连接头
第41页
➢四端对连接头
HC Hp LP LC
(a)连接图
DUT
第42页
(b)示意图
V
DUT
A
(c)阻抗测量范围 ()
4TP
1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M
第43页
实际的阻抗测量范围不仅取决于测量仪器，而且 也取决于四端对连接头与DUT的正确连接。否则 也会限制测量范围。
第6章 阻抗测量
6.1 引言 6.2 阻抗标准 6.3 阻抗的模拟测量法 6.4 阻抗的数字测量法
2
第1页
6.1引言
一般指电阻、电容、电感及相关的Q值、损耗角、
电导等参数的测量。
6.1.1 集总参数元件特性表征
1. 阻抗定义及表示方法
•
I
•
•
U
Z
Z
U
•
I
阻抗定义图
第2页
阻抗元件不会以纯电阻,纯电容或纯电感特性出现,而是这些 阻抗成分的组合。测量的具体条件改变可能会引起被测阻抗 特性的改变。阻抗两种坐标形式的转换关系为：
R0
L0的影响
R0
理想 C
ƒ
电容器的频率响应
第12页
②测试信号电平： (K为介电常数)
高K值
ΔC
中K值
ΔL
低K值
o
o
V
I
(a) 测试电压(AC)
(b) 测试电流(AC)
与AC电压有关的陶瓷电容 与 AC 有 关 的 磁 芯 电 感
测器试信号（AC）电频对电容器器和铁芯电感器的影响
第13页
③直流偏置
▪“L”点的电位保持为0V（称为虚地）
▪电流/电压放大器使R上电流与DUT上电流保持平衡
虚地
H
L
DUT
V1
I
R
I2 +
V2
I= I2
V2= I2R
Z = ─V1 = ─V1 = V─1R
I
I2 V2
第25页
自动平衡电桥法的优缺点：
▪高精度（0.05%典型值） ▪很宽的测量范围 ▪使用简单 ▪不能适应更高的频率范围 ▪频率范围 ：20Hz ~ 110MHz
6.2.1 电阻标准 1）标准概况 2）标准电阻器
6.2.2 电容标准 1）标准概况 2）标准电容器
6.2.3 电感标准 1）标准概况 2)标准电感器
第45页
6.2.1电阻标准
1）标准概况 1990.1.1起使用量子化霍尔电阻标准。
电阻计量标准器具分为一等和二等两个等级 一等电阻标准包括10-3Ω，10-2Ω，10-1Ω，1Ω，
V
A
(b)示意图
1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M
(c)阻抗测量范围 ()
第39页
DUT
➢五端连接头
HC Hp LP LC
(a)连接图
DUT
V
DUT
A
(b)示意图
第40页
5T
1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M
6.1.2 元件参数测量的基本技术
1. 测量方法概述
➢电桥法：当电桥平衡电流流过检流计(D)为零时， 被测阻抗Zx值可以从与其他元件的关系获得。
Z1
Zx
D
Z2
Z3
Zx
Z1 Z2
Z3
第16页
电桥法的优缺点: ▪高精度（0.1%典型值） ▪使用不同电桥可得到宽频率范围 ▪价格低 ▪需要手动平衡 ▪单台仪器的频率覆盖范围较窄 ▪频率范围 ：DC ~ 300MHz
第26页
➢ 网络分析法 ▪通过测量输入信号与反射信号之比得到反射系数
▪用定向耦合器或电桥检测反射信号
▪用网络分析仪提供激励并测量响应
VINC VR
DUT
定向偶合 器或电桥
OSC
V1
V2
反射信号
输入信号 ZX
第27页
网络分析法的优缺点：
▪高频率范围 ▪当被测阻抗接近特征阻抗时得到高精度 ▪改变测量频率需要重新校准 ▪阻抗测量范围窄 ▪频率范围 ：300KHz ~ 3GHz
第31页
2.仪器分类 阻抗测量仪器分为两种 一种是利用模拟阻抗测量的仪器 ▪采用电桥法的：万用电桥；惠斯登电桥等各种 电桥仪器 ▪采用谐振法的：Q表 ▪采用电压-电流法的：多用表；可变电阻器； 参数测测仪
第32页
另一种是数字式阻抗测量仪器 ▪采用RF电压电流法的：射频阻抗分析仪 ▪采用自动平衡电桥法的：LF阻抗测量仪 ▪采用网络分析法的：网络分析仪
第50页
2)标准电感器
要求作为单位量的电感值不随电流和频率的大小而改
变。
大理石
R
L
1
线圈
C
1
1.5
(a)构造面（剖面图 ）
(b)等效电路图
第51页
6.3 阻抗的模拟测量法
6.3.1 电压电流法
6.3.2 电桥法
6.3.3 谐振法测量元件参数 6.3.4 Q值测量
第52页
6.3.1 电压电流法
电压-电流法又叫伏安法，即利用欧姆定律，用测 量的电压值和电流值计算被测阻抗值：
网络分析法
300KHz
RF电压电流法
1 MHz
3GHz
自动平电桥法
10KHz
谐振法
110MHz 70MHz
10KHz
电压-电流法法 110MHz
电桥法
300MHz
1K 10K 100K 1M 10M 100M 1G 10G
第30页
选择正确的测量方法
▪每种方法都有其各自的优缺点 ▪必须首先考虑测量的要求和条件，然后选择最合 适的方法 ▪需要考虑的因素包括频率覆盖范围、测量量程、 测量精度和操作的方便性 ▪没有一种方法能包括所有的测量能力，因而在选 择测量方法时需折衷考虑
第48页
2）标准电容器
频率和温度变化不引起电容量变化；介电损耗小；绝缘良 好，耐反压高。
蔽罩 极板
端子1
端子1
接地端
水晶
端子2
接地端
端子2
(a)构造
图 无损耗型空气电容器
(b)外观
第49页
6.2.3 电感标准
1）标准概况 采用标称值为1μH -10000H的标准电感器作为
标准电感量具。标准电感量具分成0.01级、0.02 级、0.05级、0.1级、0.2级、0.5级和1.0级，对 应的级别指数a为0.01，0.02，0.05，0.1，0.2， 0.5和1.0，对应的最大允许误差δ和年稳定度γ为 a%。
第8页
测量器件的寄生参数影响
DU T
第9页
C0 寄生电容
R L0 引线电感
R
|z|
|z|
R
理想R
R
理想R
ƒ
高阻值电阻
ƒ
低阻值电阻
电阻器的频率响应
第10页
普通电感
L
R0
C0
|z|
C0的影响
R0
理想 L
ƒ
磁芯损耗高的电感
L
C0 R0
|z|
R0
理想 L
C0的影响
ƒ
电感器的频率响应
第11页
C
L0
|z|
第28页
哪个值正确?
Q : 165
Z Analyzer
Q : 165
?
Q = 120
LCR meter Q : 120
uH
L : 5.231 uH
LCR meter 5.231uH
?
L : 5.310 uH
LCR meter 5.310uH
-
第29页
频率和测量方法
20HZ
0HZ 1 10 100
—R —2
V2
Z
x
V I
V1 V2
V
2
/
R 2
R 2
V V
1 2
1
第23页
射频电压电流法的优缺点： ▪高精度（0.1%典型值） ▪高频下的宽阻抗范围 ▪工作频率范围受使用探头的变压器的限制 ▪频率范围 ：1MHz ~ 3GHz
第24页
➢ 自动平衡电桥法 ▪通过DUT的电流也通过电阻R
.
Zx
U
.
R
jX
I
被测器件的导纳为：
Y1GjBYj Z
第21页
➢ RF电压电流法 ▪射频电压电流法与低频电压电流法的原理相同
▪有两种连接电压表和电流表的方法
(a)低阻抗类型
ZX
R RV I
OSC
V1 I1 R
I2 V2
Zx
V I
2V1 I2 I1
2V1 2 R V2 V1 V2 1 R R V1
第22页
(b)高阻抗类型
ZX
VI
V1 R OSC R
ΔC
ΔL
o 低K值
高K值
直流偏置电压
V0
o
I0
直流偏置电流
与直流偏置电压有 关的电容器
与直流偏置电流有 关的磁芯电感器
陶瓷电容器与铁芯电感器的直流偏置影响
第14页
④温度
ΔC
ΔC
中K值
o
o
高K值
25
温度
陶瓷电容器的温度相关性
1 10 102 103 10 4
时间 (h)
陶瓷电容器的老化相关性
第15页
第33页
3. 测试连接头 所有阻抗测试都涉及连接头的问题.常用的连接方 法有： 两端接线柱式（或香蕉插头）适用于Q表等低 准确度谐振式阻抗仪器； 有极性的同轴的连接头，N型、BNC型等； 中性精密同轴连接头；
三端连接头、四端连接头、五端连接头；
四端对接头。
第34页
阻抗的连接图、示意图和测量范围 ➢两端连接头
第4页
➢ 电阻器 理想电阻
考虑引线电感
考虑引线电感 和分布电容
R
R
L0
R
C0 L0
第5页
➢ 电容器
C
理想电容
考虑泄漏、介
C
质损耗等
R0
C
考虑泄漏、引
线电阻和电感
,
R0
L0
R0
第6页
➢ 电感器 理想电感
考虑导线损耗
考虑导线损耗 和分布电容
L
R0
L
R0
L
C0
第7页
(2)元件的影响因素 ➢频率：寄生参数的存在使频率对所有元件都有 影响。 ➢电平：施加的测量信号会影响测试结果。 ➢直流偏置(电压和电流)：一些无源元件也寻在 直流偏置影响。(例如，陶瓷电容等) ➢温度：大多数元件都存在温度影响因素。 ➢其它影响因素 (环境，湿度，老化等).