阻抗测试原理什么是阻抗?阻抗是指电路中的电子器件对通过它的特定频率的交流电流的阻碍作用。在数学上用矢量平面上的复数表示,即Z=R+jX,如图1所示,Z表示阻抗,实部R称为电阻,虚部X称为电抗。而电抗为容抗和感抗的总称,电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗。阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量坐标上的矢量和。阻抗测试主要包括以下原理:
1.电压和电流的相位关系:在交流电路中,电压和电流存在相位差。阻抗测试利用电压和电流相位的变化来测量电路的阻抗。
2.0hm's Law(欧姆定律):根据欧姆定律,电流和电压之间存在线性关系。利用欧姆定律可以推导出阻抗的计算公式。
3. 电压和电流的幅值关系:阻抗可以通过测量电压和电流的幅值来计算。根据幅值的比值,可以得出阻抗的大小。
4. 复数表示:阻抗可以用复数表示,其中实部表示电阻,虚部表示电抗。通过测量电压和电流的相位差以及幅值,可以将阻抗表示为复数。
阻抗测试通常使用特定的仪器和设备,如网络分析仪。这些设备可以通过在电路中施加信号,并测量电压和电流来计算阻抗。阻抗测试在电力系统、通信系统和电子设备中都有广泛的应用,用于优化系统性能和故障诊断。
测量阻抗有几种不同的技术和方法,应该根据测量的频率范围、要测量的阻抗参数以及想要显示的测量结果来选择一个具体的测试技术。使用网络分析仪进行阻抗测量的方法有3种:1.反射法 - 阻抗测量方法:反射法测量被测件的反射系数(Γx)。反射系数Γx与阻抗的关系如下:
Γx=(Zx-Zo)/(Zx + Zo)
其中,Zo 是测量电路的特征阻抗(50Ω),Zx 是 DUT 阻抗。
根据公式,测得的反射系数跟随阻抗(Zx)变化在–1至1之间变化。在 Zx 等于 Zo 时可获得最高的精度。阻抗越高,反射系数曲线的斜率就越慢,从而导致阻抗测量精度下降。
阻抗通过以下公式计算:
Z = 50 x((1 + S11)/(1-S11))
反射法的阻抗测量范围通常为 2Ω 至 1.5 kΩ(取决于所需的精度和测量频率)。
2.串联直通法 - 阻抗测量方法:
串联直通法通过将 DUT 连接成“串联传输”来测量阻抗。串联直通在测量高阻抗值时最有效:10%的精度范围约为 5Ω 至 20 kΩ或比反射法高大约十倍。阻抗通过以下公式计算:
Z =(50 x 2)x((1-S21)/ S21)
3.并联直通法 - 阻抗测量方法:
并联直通法通过将 DUT 连接成“并联传输”来测量阻抗。这是测试低阻抗值的好方法,通常用于在毫欧范围内进行测量(如电源完整性应用)。10%的准确度范围为 1 mΩ 至 10 Ω,低于典型的阻抗分析仪可以达到的范围。阻抗通过以下公式计算:
Z =(50/2)x(S21 /(1-S21))
Keysight 网络分析仪有增益相位测试端口和S参数测试端口,都可以测试阻抗。
下面是不同的测试方法适用的测试频率范围和阻抗测试范围。
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本应用指南探讨了矢量网络分析的基本原理。讨论范围包括常用的参数(S 参数),另外还回顾了传输线和史密斯圆图等射频基础知识。
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