阻抗测量

复数阻抗、导纳与电感等的测量

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。

简介

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”。

输入输出阻抗简介

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。

阻抗的分类及测量

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。

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