阻抗分析仪/LCR表原理

阻抗分析仪和LCR表是非常通用的测量器件的电子仪器。根据阻抗范围和频率范围的不同，有一系列不同原理的仪器来满足测试要求，图1是不同阻抗范围和不同频率范围的阻抗测量方法。

图1   阻抗测量方法

图2是自动平衡电桥法的原理框图。通过精确测量加载到被测件DUT的电压和电流，从而精确测量出DUT阻抗值。从图2中可以看出，通过DUT的电流等于通过电阻Rr的电流，而通过Rr的电流可以通过测量V2计算出来。

通常，在低频（<100KHz）的LCR表里，使用一个简单的运算放大器作为I-V转换器，缺点是运算放大器的频响在高频段较差。对于频率高于1MHz的LCR表或阻抗分析仪，I-V转换器由精密的零位检测器，相位检测器和积分器（环路滤波）组成。这种仪器可以测量高达110MHz的频率范围。

图2   自动平衡电桥法原理框图

图3是RF I-V法原理框图。RF I-V法是I-V技术在高频范围的扩展，可以紧密测量高达3GHz频率范围的阻抗值。RF I-V电路和路径必须仔细设计，以确保能够以50ohm阻抗与被测件DUT相连。如果连接路径的阻抗不是50ohm，不想要的反射将发生，将导致电流和电压的测量误差增大。RF I-V法细分为高阻和低阻两种测量模式。实际上，测量仪器保持不变，只是改变测试头，达到两种测量模式的要求。高阻测量模式，测试电流很小，为了正确的探测电流，电流探头要尽量靠近DUT；低阻测量模式，为了灵敏的得到电压值，电压探头要尽量靠近DUT。

图3  RF I-V法原理框图

网络反射法即是网络分析仪方法，在此不着介绍。

各种方法的优缺点如下。

1、自动平衡电桥法优缺点：
1）最准确，基本测试精度0.05%；
2）最宽的阻抗测量范围：C,L,D,Q,R,X,G,B,Z,Y,O...；
3）最宽的电学测量条件范围；
4）简单易用；
5）低频：f<110MHz。

2、RF I-V法优缺点：
1）宽的频率范围：1MHz2）好的测试精度，基本测试精度:0.8%；
3）宽的阻抗测量范围：100m～50K@10%精度
4）>100MHz的最准确测试方法；
5）接地器件测试。

3、网络分析仪法优缺点：
1）高频
适用：f>100KHz
最佳：f>3GHz
2）适中的精度；
3）有限的阻抗测试范围。

作者：安捷伦科技专家 孙灯亮