更新时间:2022-11-16 18:58
阻抗测量是对加在系统、电路或元件上的正弦电压U和流过它们的电流I之比的测量。阻抗测量属于电信基本参数测量的一种。
电信基本参数测量是测量电信方面有关的参数的。阻抗属于与电路结构有关的参数。在具有电阻、电感和电容的电路里,对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示,是一个复数,实部称为电阻,虚部称为电抗,阻抗是电阻与电抗在向量上的和。其中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,电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。 阻抗的单位是欧。
在电流中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻。除了超导体外,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。在直流电和交流电中,电阻对两种电流都有阻碍作用;作为常见元器件,除了电阻还有电容和电感,这两者对交流电和直流电的作用就不像电阻那样都有阻碍作用了。电容是“隔直通交”,就是对直流电有隔断作用,就是直流不能通过,而交流电可以通过,而且随着电容值的增大或者交流电的增大,电容对交流电的阻碍作用越小,这种阻碍作用可以理解为“电阻”,但是不等同于电阻,这是一种电抗,电抗和电阻单位一样,合称“阻抗”。
2.1 输入阻抗
输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输入端上加上一个电压源U,测量输入端的电流I,则输入阻抗Rin就是U/I。你可以把输入端想象成一个电阻的两端,这个电阻的阻值,就是输入阻抗。
输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样,它反映了对电流阻碍作用的大小。对于电压驱动的电路,输入阻抗越大,则对电压源的负载就越轻,因而就越容易驱动,也不会对信号源有影响;而对于电流驱动型的电路,输入阻抗越小,则对电流源的负载就越轻。因此,我们可以这样认为:如果是用电压源来驱动的,则输入阻抗越大越好;如果是用电流源来驱动的,则阻抗越小越好(注:只适合于低频电路,在高频电路中,还要考虑阻抗匹配问题。)另外如果要获取最大输出功率时,也要考虑 阻抗匹配问题。
2.2 输出阻抗
无论信号源或放大器还有电源,都有输出阻抗的问题。输出阻抗就是一个信号源的内阻。本来,对于一个理想的电压源(包括电源),内阻应该为0,或理想电流源的阻抗应当为无穷大。输出阻抗在电路设计最特别需要注意。
但现实中的电压源,则不能做到这一点。我们常用一个理想电压源串联一个电阻r的方式来等效一个实际的电压源。这个跟理想电压源串联的电阻r,就是(信号源/放大器输出/电源)的内阻了。当这个电压源给负载供电时,就会有电流I从这个负载上流过,并在这个电阻上产生I×r的电压降。这将导致电源输出电压的下降,从而限制了最大输出功率(关于为什么会限制最大输出功率,请看后面的“阻抗匹配”一问)。同样的,一个理想的电流源,输出阻抗应该是无穷大,但实际的电路是不可能的。
根据频率和电路形式不同,阻抗分为集总参数阻抗和分布参数阻抗。
频率较低时电路和元件的尺寸与波长相比十分小,电路可认为是由单个电阻、电容及电感等集总参数元件所组成;随着频率的提髙,在高频时,所有电路元件必须看作为均匀分布于电路各点,阻抗表现为分布参数阻抗。
3.1 集总参数阻抗的测量方法
集总参数阻抗的测量方法有:伏安计法、电桥法以及谐振法等。
伏安计法
即用电压表测量被测阻抗上的电压Ux,电流表测量流过它的电流Ix,则被测阻抗的模值 |Zx|=Ux/Ix。伏安计法测量阻抗的原理简单、测量方便,但精度较低。
电桥法
电桥法属于一种比较法测量。测量的精度很高,有的交流电桥可用于几百兆赫频段内测量。用于测量阻抗的电桥有:惠斯登(或四臂)电桥、差动电桥等,它们的测量原理分别示于图l(a)、(b)和图2。
图1(a)中,被测阻抗Zx与标准可变阻抗Z0放在电桥的相邻桥臂上,称为臂比电桥。当电桥平衡时,可得:。
式中A= Z1/Z2称为比例值,常作为常值(Z1/Z2=R1/R2)。因此Zx与Z0阻抗性质相同。在图1(b)中,Zx与Z0放在电桥中对面桥臂位置上,称为臂乘电桥。当电桥平衡时,得 。
R1R2=Z1Z2保持常值时,Z1与Y0成正比,亦即与Z0阻抗性质相反。由此可用标准电容代替标准电感测量未知电感。组成各种用途的阻抗电桥。在图2中,标准阻抗Z0与被测阻抗Z0与被测阻抗Zx以及屏蔽良好的两组线圏组成的Z1与Z2,构成差动电桥。指示计G与电源隔离。此种电桥因屏蔽良好,可用于高频以至甚高频段。一般Z1=Z2=jωL1=jωL2,电桥平衡时,Zx=Z0。
还有一种双T型电桥结构较复杂,调整麻烦,但精度很高,可用于高频、甚高频段。
谐振法
根据调谐回路的谐振特性而建立的测量方法。可以用来测量元件的各种参量如:R、L、C、Q等。工作频率可达几百兆赫。其缺点是精度不高(2%~5%),但与替代法合并使用,可消除寄生参量影响,Q表是利用谐振法组成的专用仪器,是阻抗参数测量的重要仪器之一。
矢量阻抗法
利用阻抗的定义Z=U/I,而直接测量复数电压和复数电流之比给出阻抗,称为矢量阻抗法。由此原理制成的仪表有自动阻抗电桥和矢量阻抗表两类。使用微处理器,可使阻抗测量精度较高、速度快以及功能多,为目前阻抗测量的发展重要方向。