第5章阻抗测量精选文档.ppt

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1、第5章 阻抗测量本讲稿第一页，共五十四页5.1 概 述一、阻抗定义及其表示方法本讲稿第二页，共五十四页 式中R和X分别为阻抗的电阻分量和电抗分量，和 。分别称为阻抗模和阻抗角。阻抗两种坐标形式的转换关系为和本讲稿第三页，共五十四页导纳Y是阻抗Z的倒数，即其中本讲稿第四页，共五十四页 分别为导纳Y的电导分量和电纳分量。导纳的极坐标形式为式中 和 分别称为导纳模和导纳角。本讲稿第五页，共五十四页二、电阻器、电感器和电容器的基本特性 一个实际的元件，如电阻器、电容器和电感器，都不可能是理想的，存在着寄生电容、寄生电感和损耗。也就是说，一个实际的R、L、C元件都含有三个参量：电阻、电感和电容。表511

2、分别画出了电阻器、电感器和电容器在考虑各种因素时的等效模型和等效阻抗本讲稿第六页，共五十四页将电感线圈接于直流电源并达到稳态时，则可视为电阻。如接于频率不高的交流电源时，则可视为理想电感L和损耗电阻rL的串联；当频率继续增高时，仍可将其视为L和rL的串联，但因Cf的作用，等效的rL和L将随频率而变；当频率很高时，Cf的作用显著，可视为电感和电容的并联。1电感线圈本讲稿第七页，共五十四页固有角频率本讲稿第八页，共五十四页当 时，Ldx为正值，这时电感线圈呈感抗；当ff0L时，Ldx为负值，这时呈容抗；当f=f0L(严格地说，f f0L)时，Ldx=0，这时为一纯电阻 由于Cf及rL均很小，故为高

3、阻。当ff0L时，由式(5.4)可知，Rdx及Ldx均随频率的增高而增高。本讲稿第九页，共五十四页2电容器a)电容器的等效电路 b)低频等效电路 c)高频等效电路图5.3 电容器的等效电路介质损耗电阻Rj由引线、接头、高频趋肤效应等产生的损耗电阻R电流作用下因磁通引起的电感L0。本讲稿第十页，共五十四页当频率较低时，R和L0的影响可以忽略，电容器的等效电路可以简化为如图53(b)所示的电路，当频率很高时，Rj的影响比R的影响小得多，L0的影响不可忽略，这时的等效电路如图5.3(c)所示，相当于一个LC串联谐振电路。如令 为固有谐振频率，当ff0C时，电容器呈感抗。本讲稿第十一页，共五十四页 一

4、个实际的电阻器，在高频情况下，既要考虑其引线电感，同时又必须考虑其分布电容，故其模型如图所示。其等效阻抗为3电阻器 本讲稿第十二页，共五十四页令 为其固有谐振频率 当ff0R时，等效电路呈容性。本讲稿第十三页，共五十四页表5.11本讲稿第十四页，共五十四页本讲稿第十五页，共五十四页本讲稿第十六页，共五十四页本讲稿第十七页，共五十四页 通常用品质因数Q来衡量电感器、电容器以及谐振电路的质量，其定义为 对电感器而言，若只考虑导线的损耗，电感器的模型如表5.11中的22所示，其品质因数4Q值式中I和T分别为正弦电流的有效值和周期。本讲稿第十八页，共五十四页 对电容器而言，若仅考虑介质损耗及泄漏等因数

5、，其等效模型如表5.1l中的32所示。其等效导纳为 ，品质因数为本讲稿第十九页，共五十四页 上式中的U和T分别为电容器两端正弦电压的有效值和周期。在实际应用中，常用损耗角 和损耗因数D来衡量 其质量。损耗因数定义为把导纳Y画在复平面上，如图5-5所示，图中 画出了损耗角 ，其正切为本讲稿第二十页，共五十四页a)并联等效电路 b)串联等效电路 c)图a)所示电路的矢量图 d)图b)所示电路的矢量图图5.5 有损耗电容器的等效电路及矢量图对于无损耗理想电容器，而有损耗时则q 90。损耗角d=90-q，电容器的损耗越大，则d也越大，其值由介质的特性所决定。一般d l，故tandd。的相位差为q=90

6、 本讲稿第二十一页，共五十四页 从上述讨论中可以看出，只是在某些特定条件下，电阻器、电感器和电容器才能看成理想元件。一般情况下，它们都随所加的电流、电压、频率、温度等因素而变化。因此，在测量阻抗时，必须使得测量条件尽可能与实际工作条件接近，否则，测得的结果将会有很大的误差，甚至是错误的结果。三、阻抗的测量特点和方法阻抗的测量特点和方法 本讲稿第二十二页，共五十四页1保证测量条件与工作条件尽量一致2了解R、L、C的自身特性过强的信号可能使阻抗元件表现出非线性，不同的温湿度会使阻抗表现出不同的值，尤其是在不同频率下，阻抗的变化可能很大，甚至其性能完全相反(例如，当频率高于电感线圈的固有谐振频率时，

7、阻抗变为容性)。因此，测量时所加的电流、电压、频率、环境条件等必须尽可能地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。在选用R、L、C元件时，就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，铁心电感要防止大电流引起的饱和。因此在测量时，要注意到各种类型元件的自身特性，选择合适的测量方法和仪器。本讲稿第二十三页，共五十四页 阻抗的测量方法众多，但常用的基本方法有4种，即伏安法、电桥法、谐振法(Q表法)和现代数字化仪器法。在直流或低频时使用的元件，用伏安法最简单，但准确度稍差；在音频范围内时，选用电桥法准确度较高；在高频范同内通常利用揩振法，

8、这种方法准确度并不高，但比较接近元件的实际使用条件，故测量值比较符合实际情况。本讲稿第二十四页，共五十四页52 电阻的测量电阻的测量一、伏安法一、伏安法a)第一种方案 b)第二种方案图5.6 伏安法测量直流电阻本讲稿第二十五页，共五十四页二、三用表中的电阻档二、三用表中的电阻档1模拟式指针三用表中的欧姆挡当Rx=RT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的情况本讲稿第二十六页，共五十四页调零 极性 量程 本讲稿第二十七页，共五十四页2数字多用表中的电阻挡表 图5.9中各量程电流，电压值本讲稿第二十八页，共五十四页3微小电阻值的测量本讲稿第二十九页

9、，共五十四页4高值电阻的测量本讲稿第三十页，共五十四页由于高值电阻Rx很大，进行实际测量时要求：缓冲放大器必须有极高的输入阻抗。仪器的直流输入缓冲器采用级联型场效应对管作为高输入阻抗级。电路绝缘良好。为减少缓冲放大器、印制电路板等泄漏，对印制板材料、工艺、防潮等方面要采取措施。采用误差修正技术，修正原理如图5.11(b)所示。其方法是V1导通，DVM对Ur进行测量。V2导通，对Rr和Z(等效泄漏电阻)的分压影响进行测量。S吸合，Rx接入分压电路后进行测量。最后通过计算，消去分压误差本讲稿第三十一页，共五十四页三、电桥法三、电桥法 Zx Z4=Z2 Z3 Z4Z3Z2ZxUGiGi4i3ixi2

10、ab本讲稿第三十二页，共五十四页53 电感、电容的测量电感、电容的测量a 电桥法组成原理电桥法组成原理 1 电桥法电桥法 本讲稿第三十三页，共五十四页b 电桥法测电容 本讲稿第三十四页，共五十四页c 电桥法测电感 本讲稿第三十五页，共五十四页2 谐振法谐振法(Q表表)回路总阻抗为零 测量回路与振荡源之间采用弱耦合 本讲稿第三十六页，共五十四页a谐振法测电感测量小电感量的电感时，用串联替代法 本讲稿第三十七页，共五十四页测量较大的电感常采用并联替代法 本讲稿第三十八页，共五十四页b.谐振法测量电容 1）直接法测电容 直接法测量电容的误差包含：分布电容(线圈和接线分布电容)引起的误差；当频率过高时

11、，引线电感引起的误差；当回路Q值较低时，谐振曲线很平坦，不容易准确找出谐振点(电压表指示值最大)，产生的误差。本讲稿第三十九页，共五十四页2）替代法测电容 Cx=C1-C2。用替代法测电容，可以消除由于分布电容引起的测量误差 并联替代法测小电容 串联接法测大电容 本讲稿第四十页，共五十四页3Q表的工作原理本讲稿第四十一页，共五十四页3 数字化方法数字化方法1便携式数字万用表中的L、C测量t=RC t=L/R 本讲稿第四十二页，共五十四页振荡周期T=0.011s 脉冲占空比q1100 本讲稿第四十三页，共五十四页本讲稿第四十四页，共五十四页本讲稿第四十五页，共五十四页2台式数字万用表中的L、C测

12、量1)电感电压(LU)变换器设标准正弦信号为ur=Ursinwt 本讲稿第四十六页，共五十四页本讲稿第四十七页，共五十四页(1)Rx的测量(2)Lx的测量(3)Q值的测量U2N1=U1N2 本讲稿第四十八页，共五十四页2)电容-电压(C-U)变换器设标准正弦信号为ur=Ursinwt 本讲稿第四十九页，共五十四页3智能化LCR测量仪本讲稿第五十页，共五十四页自由轴法的测量原理方框图 本讲稿第五十一页，共五十四页当前参数可测范围及准确度如下：电阻R：0.01m1018，准确度0.001。电容C：10-1920F准确度10-6。电感L：0.01nH20mH，准确度0.05%。本讲稿第五十二页，共五十四页当前国内外几种典型产品的性能参数对比 本讲稿第五十三页，共五十四页本章讨论的各种阻抗测量仪器的分类、采用的方法、优缺点及频率覆盖范围等 本讲稿第五十四页，共五十四页