低频电路阻抗测定仪 电感、电容、电阻阻抗分析仪 如何使用阻抗分析仪测量电路中的复杂阻抗？

 

低频电路阻抗测定仪 电感、电容、电阻阻抗分析仪 要使电路设计、印刷电路板 (PCB) 和 PCB 组件 (PCBA) 完全按照规格运行，就必须准确了解其电路块和材料的阻抗特性。

 

这些特性取决于信号频率、信号电压、温度、湿度和类似的操作因素。因此，阻抗分析仪的使用如下所述：

 

鉴定电路块：根据阻抗分析仪的测量结果，对每个主要电路块集成时的阻抗行为进行建模。每个电路块（如放大器子系统或滤波器子系统）的输入和输出阻抗都必须根据测量结果进行建模。

测量寄生：必须根据测量结果对 PCB 和元件在实际工作条件下的寄生电容和电感进行建模。这对于敏感的射频电路尤为重要。

测量 PCB 材料特性：印刷电路板和基板所用材料的介电常数是影响电路性能和电磁干扰的关键参数。必须使用阻抗分析仪在实际工作条件下测量这些参数。

 

 

为特定应用选择阻抗分析仪时应考虑哪些因素？

 

在选择合适的阻抗分析仪时，应考虑以下几个方面。

 

测量方法：根据阻抗和频率的预期测量范围选择测量方法。

电压电平控制：请记住，电容器的介电常数及其电容取决于交流电压电平。同样，电感器材料的电磁滞后也取决于交流电流电平。因此，一台好的分析仪至少必须具备电压电平监控功能。*好还能具备自动电平控制能力，以保持电压恒定。

测量精度：不同的分析仪及其设计具有不同的精度。根据所需的精度来决定分析仪。

所需的阻抗参数：根据要测量的参数选择仪器，如介电常数、磁导率、品质因数 (Q) 或耗散因子 (D)。

 

 

介电常数（阻抗分析仪）是各种电瓷、装置瓷、电容器等陶瓷，还有复合材料等的一项重要的物理性质，通过测定介质损耗角正切tanδ及介电常数(ε)，可进一步了解影响介质损耗和介电常数的各种因素，为提高材料的性能提供依据。介电常数测试仪（阻抗分析仪）器的基本原理是采用高频谐振法，并提供了通用、多用途、多量程的阻抗测试。仪器能在较高的测试频率条件下，测量高频电感或谐振回路的Q值，电感器的电感量和分布电容量，电容器的电容量和损耗角正切值，电工材料的高频介质损耗，高频回路有效并联及串联电阻，传输线的特性阻抗等。

 

 

仪器设备：

 

 

(1) Q表测试仪、电感箱、样品夹具等；

 

(2) 千分游标卡尺；

 

 

Q值：tgδ的倒数称为品质因素，或称Q值。Q值大，介电损失小，说明品质好。所以在选用电介质前，必须首先测定它们的ε和tgδ。而这两者的测定是分不开的。

 

通常测量材料介电常数和介质损耗角正切的方法有二种：交流电桥法和Q表测量法，其中Q表测量法在测量时由于操作与计算比较简便而广泛采用。本实验主要采用的是Q表测量法。

 

 

陶瓷介质损耗角正切及介电常数测试仪：它由稳压电源、高频信号发生器、定位电压表CBl、Q值电压表CB2、宽频低阻分压器以及标准可调电容器等组成(图2)。工作原理如下：高频信导发生器的输出信号，通过低阻抗耦合线圈将信号馈送至宽频低阻抗分压器。输出信号幅度的调节是通过控制振荡器的帘栅极电压来实现。当调节定位电压表CBl指在定位线上时，Ri两端得到约l0mV的电压(Vi)。当Vi调节在一定数值(10mV)后，可以使测量Vc的电压表CB2直接以Q值刻度，即可直接的读出Q值，而不必计算。另外，电路中采用宽频低阻分压器的原因是：如果直接测量Vi必须增加大量电子组件才能测量出高频低电压信号，成本较高。若使用宽频低阻分压器后则可用普通电压表达到同样的目的。

 

图1 Q表测量电路图

 

经推导(1) 介电常数：

 

 

(1)

 

式中：C1—标准状态下的电容量；

 

C2—样品测试的电容量；

 

d—试样的厚度(cm)；

 

Φ—试样的直径(cm)；

 

(2) 介质损耗角正切：

 

 

(2)

 

式中：Q1—标准状态下的Q值；

 

Q2—样品测试的Q值；

 

(3) Q值：

 

实验步骤

 

1、本仪器适用于110V/220V，50Hz交流电，使用前要检查电压情况，以保证测试条件的稳定。

 

2、开机预热15分钟，使仪器恢复正常状态后才能开始测试。

 

3、按部件标准制备好的测试样品，两面用特种铅笔或导电银浆涂覆，使样品两面都各自导电，但南面之间不能导通，备用。

 

4、选择适当的辅助线圈插入电感接线柱。根据需要选择振荡器频率，调节测试电路电容器使电路谐振。假定谐振时电容为C1，品质因素为Q1。

 

5、将被测样品接在Cx接线柱上。

 

6、再调节测试电路电容器使电路谐振，这时电容为C2，可以直接读出Q2。

 

7、用游标卡尺量出试样的直径Φ和厚度d(分别在不同位置测得两个数据，再取其平均值)。

 

注意事项

 

(1) 电压或频率的剧烈波动常使电桥不能达到良好的平衡，所以测定时，电压和频率要求稳定，电压变动不得大于1%，频率变动不得大于0.5%。

 

(2) 电极与试样的接触情况，对tgδ的测试结果有很大影响，因此涂银导电层电极要求接触良好、均匀，而厚度合适。

 

(3) 试样吸湿后，测得的tgδ值增大，影响测量精度，应当严格避免试样吸潮。

 

(4) 在测量过程中，注意随时电桥本体屏蔽的情况，当电桥真正达到平衡，“本体－屏蔽”开关置于任何一边时，检查计光带均应*小，而无大变化。

 

阻抗分析仪是一种电子测试设备，用于评估材料、器件或系统的电气特性，尤其在宽频率范围内。它能精确测量电阻、电容、电感

等电气参数，及其随频率变化的行为。本文将详细探讨阻抗分析仪的工作原理、关键技术和广泛的应用领域。

1.阻抗概念及其在交流电路中的表现

在深入探讨阻抗分析仪之前，我们首先需要了解阻抗的基本概念及其在交流电路中的表现。阻抗是交流电路中的一种重要特性，它决定了

电路对电流流动的阻碍程度。阻抗的大小不仅受到电路元件a的电阻影响，还与电容和电感的特性有关。

阻抗的基本理解

阻抗(lmpedance)是由电阻(Resistance)、电感(Inductance)和电容(Capacitance)的复合作用产生的，表示为Z，并且是一个复

数，其一般形式为Z=R +jX。其中R是电阻分量，代表电路对电流的阻碍程度;X是电抗分量，由电感和电容所引起，电感产生的电抗与

频率成正比，电容产生的电抗则与频率成反比。

阻抗在交流电路中的表现

在交流电路中，阻抗影响着电路的电流和电压之间的相位差。当电路中只有电阻时，电流和电压的相位是相同的。然而，一旦加入电感或

电容元件，电流和电压之间就会产生相位差，即电压可能会领先或落后电流90度。通过引入阻抗的复数形式，我们能更准确地分析交流电

路中电流和电压的相位关系。

阻抗分析的重要性

掌握阻抗的分析方法对设计和调试电子电路至关重要。阻抗匹配确保信号传输的效率，避免信号反射和衰减，从而改善电路的整体性

能。因此，阻抗分析仪在现代电子工程中扮演着不可或缺的角色，它为工程师们提供了一种有效工具来精确测量电路元件的阻抗特性。

 

 

1.1 阻抗分析仪的基本概念

阻抗分析仪是一种精密的电子测量仪器，专门用于测定电子元件、材料或系统的交流阻抗特

性。其核心原理基于对被测对象施加可控频率和幅度的交流测试信号，同时精确测量电压与电流

响应的幅度差和相位差。通过建立复数阻抗模型(Z=Z|∠θ)，该仪器能够量化电阻、电容、电

感等基础参数以及介电常数、导纳等衍生特性。现代阻抗分析仪通常覆盖毫赫兹至吉赫兹的宽频

带范围，分辨率可达0.1%，为复杂系统的频域特性研究提供了关键工具。

1.2 探讨其用途的重要性

深入理解阻抗分析仪的应用价值具有显著必要性。在电子产业升级过程中，该设备直接影响

元器件筛选精度和电路设计效率;新材料研发领域，其表征数据决定了材料性能评估的可靠性;

生物医学工程中，更关乎生命体征监测的准确性。据行业调查显示，采用先进阻抗分析技术的研

发项目，其产品良品率平均提升23%，研发周期缩短近30%。因此，系统梳理该仪器的跨领域应

用场景，对推动多学科技术融合创新具有战略意义。

 

2.在电子工程领域的用途

2.1电路分析与设计

电子工程师依赖阻抗分析仪解决高频电路设计的核心挑战。传统万用表在测量电容器件时，

仅能获取静态电容值，而忽略等效串联电阻(ESR)和介质损耗因子(D值)等动态参数。通过

扫频阻抗测试，工程师可构建完整的电容器频响曲线，精准定位谐振频率点。例如在开关电源设

计中，输出滤波电容的ESR值直接影响纹波电压水平，使用阻抗分析仪可将ESR测量误差控制在

5%以内，较传统方法提升两个数量级精度。

2.2 电子元件测试与表征

半导体制造业将阻抗分析作为晶圆测试的关键环节。对新型MOSFET器件的栅极电容

(Ciss/Coss/Crss)进行1MHz高频测试时，常规LCR表因分布参数影响会产生15%以上的测量偏

差。而四端对技术的阻抗分析仪通过隔离测试端口，成功将误差压缩至0.8%以内。在磁性元件领

域，通过B-H曲线测试结合阻抗分析，可同步获得电感饱和特性与铁芯损耗，为高频变压器设计

提供关键参数支撑。

 

 

阻抗分析仪作为高精度测量仪器，其核心特性可归纳为以下方面：

 ​

1. 宽频率范围

 

覆盖从直流（DC）到射频（如120 MHz）甚至微波频段（部分型号达3GHz），支持低频电路、高频元件及材料介电特性的全频段分析。例如，Keysight E4990A支持20 Hz至120 MHz?，而Agilent 4294A可达110 MHz。

 

 

2. ?高精度测量

 

采用自动平衡电桥技术和相敏检测算法，基本精度可达±0.08%（如Agilent 4294A），分辨率达10^-5（阻抗谱仪），可精准测量阻抗实部（R）、虚部（X）、相位角及等效电路参数（如Ls-Q、Cp-D）。

 

 

3. 多功能测试模式

 

扫描类型：支持线性/对数频率扫描、电压/电流偏置扫描及分段扫描。

 

分析功能：阻抗谱、导纳谱分析，并通过导纳圆图、对数曲线直观判断器件缺陷（如压电陶瓷分层）。

 

扩展能力：集成温控单元（-160℃~400℃），支持多环境条件测试。

 

4. 图形化与自动化

 

结果以图表（如导纳圆图、阻抗模值曲线）显示，便于快速定位问题。

 

支持软件编程实现自动化测试，兼容工业检测系统。

 

5. 抗干扰与可靠性

 

通过校准补偿（如端口扩展误差消除）和抗噪声设计，确保恶劣环境下稳定运行?，部分型号内置40V直流偏置源。

 

 

6. 典型应用场景

 

电子元件：电感、电容、压电陶瓷的阻抗特性评估。

 

材料科学：聚合物固化、陶瓷相变分析。

 

生物医学：细胞阻抗监测及微流控系统测试

 

 

公司承诺：

1.购机前，我们专门派技术人员为您设计的流程和方案

2.购机后，将免费指派技术人员为您调试安装

3.整机保修一年，产品终身维护

4.常年供应设备的易损件及耗品确保仪器能长期使用

5、售后管理：我公司实现计算机化管理，实行客户定期电话回访制度，定期复查设备的工作情况，定期电话指导用户对设备进行保养和检测，以便设备正常运转，跟踪客户的设备使用情况，以便及时对设备进行维护

6、物流情况：及时提供货源，确保全国范围内2-10内到货，持续稳定地为代理商做全面服务工作，提供合理的运作空间。公司有的技术人员为您安装指导。

7、软件升级：终生免费提供新版本控制软件。

8、安装培训:仪器包装内附有说明书，培训人员为客户指定操作者讲解仪器正常操作流程、操作注意事项及仪器的日常维护要求；也可以根据客户要求提供上门培训服务。