电子测量与仪器PPT教学课件-第5章 阻抗测量.ppt

第五章 阻抗测量 5.1 概 述 5.2 电阻的测量 5.3 电感、电容的测量 5.1 概 述 一、阻抗定义及其表示方法 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 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 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5．1—1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 一个实际的电阻器，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 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 对电容器而言，若仅考虑介质损耗及泄漏等因数，其等效模型如表5.1—l中的3—2所示。其等效导纳为 ，品质因数为 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。 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、电桥法 Zx Z4= Z2 Z3 Z4 Z3 Z2 Zx U G iG i4 i3 ix i2 a b 5．3 电感、电容的测量 a 电桥法组成原理 1 电桥法 b 电桥法测电容 c 电桥法测电感 2 谐振法(Q表) 回路总阻抗为零 测量回路与振荡源之间采用弱耦合 a．谐振法测电感 测量小电感量的电感时，用串联替代法 测量较大的电感常采用并联替代法 * 第5章 阻抗测量 和 导纳Y是阻抗Z的倒数，即 其中 式中 和 分别称为导纳模和导纳角。 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 固有角频率 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，故为高阻。 当f《f0L时，由式(5.4)可知，Rdx及Ldx均随频率的增高而增高。 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。 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5．3(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，电容器呈容抗，其等效电容随频率的升高而增加；当f = f0C时．电容器呈纯电阻；当ff0C时，电容器呈感抗。 3．电阻器 令 为其固有谐振频率 当ff0R时，等效电路呈感性，电阻与电感皆随频率的增高而增大；当ff0R时，等效电路呈容性。 表5.1—1 对电感器而言，若只考虑导线的损耗，电感器的模型如表5.1—1中的2—2所示，其品质因数 4．Q值 式中I和T分别为正弦电流的有效值和周期。 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 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tand≈d。 的相位差为q=90° 三、阻抗的测量特点和方法 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