电容与介质损耗角正切的测量(下)ppt课件.ppt

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1、低频下高频下 相对介电系数和介质损角正切的测量极低频下超高频下 电容器高频参数及频率特性的测量,第二章 电容与介质损耗角正切的测量,高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,频率增高,电阻臂电感、电容桥臂间杂散电容影响严重,普通电桥测试误差加大甚至不能测试,特殊电桥,谐振法,集中参数谐振(一般高频),分布参数谐振(特高频),双T电桥,一、双T电桥,1.原理2.能用于高频测量的原因,一、双T电桥,1.双T电桥的原理,两个并联的T型网络,T,T,平衡条件：I0+I0=0即C，D等电位，因此电路可等效如图：,I0,I0,四端网络,一、双T电桥,回路总电流,并

2、联支路电压,I0,同样可得：,所以：,一、双T电桥,因此，可以根据上式，在Z2(或Z2)上并联被测电容，用替代法两次测量可以确定被测电容容值和损耗角正切值。,Z2或Z2并联被测电容,一、双T电桥,Z1，Z3为电容C,Z2为辅助线圈和标准可调电容C2,Z1为电容C1,Z3为无感电阻R,Z2为辅助线圈和标准可调电容C3,被测试样接入aa端时，利用替代法两次测量，利用两次平衡方程实部和虚部相等可以推导,aa端作为测量端，有：,同理，bb端作为测试端，有：,一、双T电桥,C21、C31接试样时，电桥重新平衡时的C2、C3。,C20、C30不接试样时，电桥平衡时的C2、C3；,一、双T电桥,2.双T电桥

3、用于高频测试且能获得高精度的原因：,(1).分布电容影响较小,B，D接地，不存在对地分布电容,A，C两点对地电容：与电源和指示器并联,AE、EC、AF、FC间的杂散电容对电容测量无影响，对损耗角的影响可以估计出来。,E，F分布电容采用替代法可以减弱,aa端作为测量端，有：,(2).结构上可以作得很对称，可以抵消一些影响。,2.双T电桥用于高频测试且能获得高精度的原因：,(3).仪器结构紧凑，连接导线短，接头采用同轴型连接器等，使这种电桥不需要特殊屏蔽措施。,适用的频率范围可达到250MHz,二、谐振法,1.谐振法的基本原理2.四种常见的谐振法：变电阻法、变电导法、变Q值法、变电纳法（或失谐法）

4、,1.谐振法的基本原理,串联谐振电路,等效电抗：,此时为串联谐振。,串联谐振角频率,串联谐振频率,串联谐振时，电路的特殊现象：,电流值最大，且与电压同相。,电感及电容两端电压模值相等,二者大小相等，方向相反,激励源电压全部加于电阻上。,若：,则：,谐振时电感电压有效值和电容电压有效值都将远大于激励电压的有效值,阻抗的模最小,串联谐振电路,激励供给电路的能量全转化为电阻发热。为了维持振荡，激励必须不断供给能量补偿电阻的发热消耗，与电路中总的电磁场能量相比每振荡一次电路消耗的能量越少，电路的品质越好。,谐振时，电感电压与电容电压等值异号，即电感电容吸收等值异号的无功功率，使电路吸收的无功功率为0；

5、,3.,电场能量和磁场能量都在不断变化，但此增彼减，互相补偿，这部分能量在电场和磁场之间振荡，全电路电磁场能量总和不变；,串联谐振时，电路的特殊现象：,串联谐振电路,谐振时，电磁场总能量不变，应等于电场（或磁场）能量的最大值：,定义谐振电路的品质因数为：,回路的Q值可达几十到几百。谐振时电感线圈和电容两端的电压可以比信号源电压大几十到几百倍，所以又叫电压谐振。,1.谐振法的基本原理,基于回路谐振特性而建立的测试方法。理论上讲，其准确度不如交流电桥。测试电路简单，不需特殊屏蔽、保护，使用方便。由于其使用方便，在高频测量中最常采用。集中参数谐振电路通常采用电感、电容组成谐振回路；与高频信号作松耦合

6、进行测试；试样电容与调谐电容器并联；谐振指示器用（伏特计）与试样电容并联。,1.谐振法的基本原理,1.变电阻法,2.变电导法,4.变电纳法(失谐法),5.变Q值法(谐振升高法),3.变频法,测tg由于具体方法和线路不同分为五种：,替代法测电容：,不接试样，调电容使电路发生谐振，电容读数为C1，,接试样，调电容使电路发生谐振，电容读数为C2，,2、谐振法变电阻法,2.接入试样。,1.闭合开关，可变电阻短路。,3.改变C使谐振。,谐振电流：,基本特点：,谐振回路中串联一可变的标准电阻。,步骤：,1.接入试样，闭合开关，调C使电路谐振。,谐振发生时，电流表的读数最大。,谐振法变电阻法,损耗较小,2.

7、取出试样，打开开关，调C使电路谐振，此时电容为C2，同时调节R使回路电流仍为I0，此时电阻为R。,简单数学推导得：,变电阻法误差的来源,由于串联电阻的存在，使线圈L和标准调谐电容器C不能同时接地，因而杂散电容将并联于R和安培计上。随着频率的增加，误差也随之增加，此法适合于较低的频率场合。,谐振法变电导法,与调谐电容并联的电导代替回路中串联的电阻,其测量方法与变电阻法完全相同,1.接入试样，打开开关，调C使电路谐振。,2.取出试样，闭合开关，调C使电路谐振，此时电容为C2，同时调节R使回路电流仍为I0，此时电阻为R。,谐振法Q表法,变Q值法（谐振升高法或Q表法）（1）变Q值法的电路原理,高频信号

8、源：产生一定频率信号，且连续可调指示部分：谐振电压伏特计和回路电流安培计测量回路：标准电感和可变电容组成谐振回路，电源部分：采用松耦合加入测试回路,Q表法,采用松耦合目的：a.使信号的馈入基本上不引起回路品质因数的下降b.回路谐振时产生的过电压不影响发生器的输出电压稳定度和频率稳定度,(1)低电阻耦合,(2)低电感耦合,(4)互感耦合(磁耦合),(3)电容耦合,常用的松耦合,L,L0,常用的松耦合方式,低电阻耦合将信号电压通过宽频低阻分压器R、R0耦合到小电阻R0上；R0串联在LC回路中；R0应比整个回路损耗电阻小得多，且具有极低的电感（0.07nH）;高频下，几乎仍为纯电阻；R0阻值随频率增

9、加，与LC回路总的损耗电阻可相比拟频率过高时 R0的残余电感影响加剧，限制了更高频率的使用 一般高频Q表最常采用的耦合方式，适用频率可达到50MHz,常用的松耦合方式,L,L0,低电感耦合将 L和L0分别代替低电阻耦合的R、R0，L0要求做到0.1nH一下；L不能接地，电感线圈L必须加以屏蔽，这将导致屏与地的分布电容跨接在耦合电感L0上，需要事先考虑其影响，并加以修正。低电感耦合的Q表，使用频率可达300MHz,常用的松耦合方式,电容耦合通过电容C0耦合到串联谐振回路；为保证松耦合的要求，使1/(C0)L,从而限制了电容耦合在很高频率下应用。用于100MHz以下频率,常用的松耦合方式,互感耦合

10、（磁耦合）通过电感线圈之间的互感将高频信号耦合到串联谐振回路中；通过调整将 L和L之间的距离，就可调节耦合强弱，从而达到适度的松耦合。应用的最高频率可达1000MHz,Q表法,将高频信号源、指示部分、测量回路、电源部分做到一起，就形成了Q表。,Q表的用途,Q表可以用来测量高频电感或谐振回路的Q值、电感器的电感量及其分布电容量、电容器的电容量及其损耗角、电工材料的高频介质损耗、高频回路的有效并联电阻及串联电阻、传输线特性阻抗等。Q表虽然型号不少。但是它们除频率范围、测量范围、测量精度等不完全一样外，基本使用方法是相同的。,（2）变Q值法的测量原理,Q表法,线路的品质因数Q定义为：Q=UC/E0,

11、UC,Q的倒数定义为线路的损耗因数tg：tg=1/Q=E0/UC,串联谐振时有：X=L-1/C=0,回路电流 I0=E0/(R0+RL)Uc=I0/C=E0/C(R0+RL)=E0/tg=E0QQ=UC/E0=kUCk=1/E0 倍率,刻度成倍率,Q表法,（3）变Q值法测量电容和损耗角的原理,a.小电容测试,b.大电容测试,c.对损耗大的电容或介质材料测试,Q表法,a.小电容测试 一般采用替代法，不接入和接入样品分别两次测量读取测量值C1、Q1，C2、Q2,不接入样品，选用适当线圈L，调节到规定频率，调节调谐电容使回路发生谐振，记下C1，Q1。,接入样品，保持不变，减小调谐电容C使回路恢复谐振

12、，记下C2，Q2。,由 可得，,Q表法,根据虚部相等：,Rs由如图等值变换计算确定,实部相等：,因很高，RS又较大，所以有：,a.小电容测试,Q表法,b.大电容测试,串接如电感端,可借助损耗很小的辅助标准电容采用并联替代法测试,串联替代法测试,当被测电容较大时，利用调谐电容的并联替代法无法测量。,Q表法,根据等效电路推算：,串联替代法测试,选用适当线圈L接入A、B端，调节到规定频率，调节调谐电容使回路发生谐振，记下C1，Q1。,将被测电容Cx与L串联后接入A、B端，保持不变，调节调谐电容C使回路恢复谐振，记下C2，Q2。,作业！,Q表法,可借助损耗很小的辅助标准电容，采用并联替代法测试,先将辅

13、助标准电容与调谐电容并联，选用适当线圈L，调节到规定频率，调节调谐电容使回路发生谐振，记下C1，Q1。,再将样品与与调谐电容并联，保持不变，减小调谐电容C使回路恢复谐振，记下C2，Q2。,并联替代法,c.对损耗大的电容或介质材料测试,Q表法,借助于一小损耗的附加电容器CN与被测电容串联组成一电路，将该电路并在调谐电容两端，从而使回路谐振曲线变尖锐，谐振峰值变明显，然后再求出附加电容器CN，QN通过计算得到试样Cx和tgx,因为损耗大，谐振曲线比较平坦，因此很难确定谐振的发生，难以准确地确定回路谐振时的调谐电容值。,基本思想：,Q表法,c.对损耗大的电容或介质材料测试,首先，不接试样情况下，调谐

14、得C1，Q1；,然后，将一适当容量且损耗较小的附加电容器CN接入调谐电容器两端，减小调谐电容值，使回路恢复谐振，得C2，Q2；,最后，将附加电容器CN与样品Cx并联，接入调谐电容器两端，增大调谐电容值，使回路恢复谐振，调谐得C3，Q3。,Q表法,c.对损耗大的电容或介质材料测试,（4）变Q值法测量误差及其修正方法,Q表法,a.回路电阻的影响,变Q值法在高频测量中非常方便，但其测量准确度不可能十分高，一般Q值测量准确度为10%。,谐振回路的有效电阻R包括电感线圈的有效电阻RL，调谐电容器的有效电阻RC，耦合电阻R0。,回路品质因数：,考虑调谐电容器的串联等效电阻RC较小，R0较小，用Q值推导关系

15、式时，有：,需要对Q值校正，校正思路是回路损耗与谐振曲线宽带的关系。（具体原理见失谐法）,Q表法,（4）变Q值法测量误差及其修正方法,b.电感线圈本身存在固有分布电容C0（而不是纯电感）。随着频率的增高，其影响也随着增大，这是影响Q值测量准确度的主要原因。,回路品质因数：,Q的读数：,两者的关系：,并联替代法两次测量，分布电容C0对电容的测量结果影响小。,对Q值进行修正，,Q表法,c.连线电感和元件本身残余电感的影响,残余电感,以电感测量为例：,谐振时，有,当L1、L2不存在式，品质因数的理想值为：,（4）变Q值法测量误差及其修正方法,变电纳法（失谐法）实现小损耗的元件和材料测试,谐振法变电纳

16、法,测量电路原理图,未接入试样时回路电流：,电容电压：,令：,谐振时总电纳为零：,谐振时总电容,变Q值法测量小损耗的元件和材料的tg时，若两次所测量的Q值相差不大，会产生较大的误差。,Uc最大时谐振电压记为：,与失谐时有效值平方比,表示失谐程度,谐振法变电纳法,谐振法变电纳法,连续调节调谐电容C值，读取UC值。做曲线UC2 VS C，得到谐振曲线。,谐振法变电纳法,a.在一定的q值下，回路的损耗决定于C，因而可利用曲线的宽带确定损耗大小，计算损耗角正切值,b.C越大，回路损耗越大，谐振曲线越平坦,c.对于损耗大的回路Cr不易测准，可通过选取一定的q值测得Ca，Cb然后求平均得到,在一定的谐振状

17、态下，有：,谐振法变电纳法,谐振法变电纳法,a.各元件并联，且有一个公共接地点，从而减小杂散电容影响；,c.对于损耗大的元件，其谐振曲线较为平坦，谐振时的电容Cr不易准确确定，而失谐选择半功率点处曲线变化大，Ca，Cb易准确测定，从而计算出Cr值比较准确。,变电纳法测试的优点：,b.损耗角正切的测量准确度主要决定于C测量的精度，由于配备了标准可变电容，能准确地测量，而且分辨率较Q值法高，因而测量精度高；,谐振法变电纳法,在接入试样和不接入试样时，都必须进行一次调谐和两次失谐，因此，测量花费时间较多，测量比较复杂。利用谐振电压与回路损耗角正切成反比关系，只需进行一次失谐，损耗角正切计算公式为：,

18、小结：高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,1.掌握双T电桥的基本原理图以及平衡条件；不同的元器件组合代入相应的位置，要能推导出电容表达式以及介质损耗角正切表达式。2.掌握谐振法中测电容的原理；变电阻法测介质损耗角正切的原理及能推导其表达式；变Q值法测介质损耗角正切的原理及能推导其表达式（注意Q值对应的是谐振状态下，整个测试回路的品质因数，电容以及电阻都是整个谐振回路的总电容值以及总电阻值）；变电纳法测介质损耗角正切的原理及能推导其表达式。,低频下高频下 相对介电系数和介质损角正切的测量极低频下超高频下 电容器高频参数及频率特性的测量,超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,1.测量线

19、法,2.谐振法,1).驻波场法,2).反射波法,3).透射波法,1).同轴谐振腔,2).空腔谐振器法,3.时域法,4.准光学法,一、超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,在超短波和微波波段中，测量介质的介电系数和损耗角正切的方法很多，但归纳起来：,一、超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,(1)利用平行线、同轴线、波导管、带状线或微带线等传输线上定向传播的电磁波来测量的定向波法。,(2)利用传输线和谐振腔组成的谐振法。,(3)高频时域法，与极低频下介电谱的测量原理类似。,1.测量线法,一、超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,最常采用,同轴测量线法,波导测量法,可用于3G到3

20、6GHz测量,可用于300M到3000MHz测量,利用定向波来测量，按其电磁波与物质的相互作用原理不同可分为三类：,波导是一种用来约束或引导电磁波的结构。最普通的波导形式是一根空心的金属管子。其他形式有（电）介质棒或由导电材料和介质材料组成的混合构件。,一、超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,(1).驻波场法 借助于入射波与介质末端金属面的反射波在介质中形成的驻波，通过测量这个驻波来确定材料的复介电系数。,反射面,入射波Vi,反射波Vr,Vi与Vr在各点之间相位差不同，随l不同总电压大小及相位随之变化，忽略损耗：,l,V=Vi(1+)=Vi1+|ej(l-2l)=Vi(1+|ej),任

21、意一点电压模值：|V|=|Vi|(1+|2+2|cos)1/2,为反射系数，=Vr/Vi=|ej，=l-2l为被测介质中的相位常数l为终端参考面上的反射电压与入射电压的相位差,一、超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,|V|max=|Vi|(1+|),由|V|=|Vi|(1+|2+2|cos)1/2可见，当=2n时，总电压最大：,当=(2n+1)时，总电压最小：,|V|min=|Vi|(1-|),电压驻波比s定义为：,S=|V|max/|V|min=(1+|)/(1-|),则：|=(s-1)/(s+1),一、超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,当把距终端第一个最小点的距离记为lm

22、in时，则,l-2lmin=-l=2lmin-,类似的驻波测量线示意图,找出最小值电压距离,测试步骤：,找出最大值电压距离,计算比值得到s,S=|V|max/|V|min=(1+|)/(1-|),一、超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,当考虑介质损耗后，线上电压驻波分布更为复杂（服从有耗传输理论）。但对于中、低损耗介质材料相邻极小点距离L仍可认为等于半波长：,L=/2=/,为被测液体中的波长,采用同轴测量线进行测量时，可以推得非磁性液体的相对介电系数x：,x=(0/)2=(0/2L)2,0为真空中的波长,声波驻波测量示意图,tg=2|V|min/(|V|max),一、超高频下相对介电系

23、数和介质损耗角正切的测量,(2).反射波法 利用入射波和反射波在介质前面空间形成驻波，通过测量这个驻波来决定介质表面处的输入阻抗，而此输入阻抗与电介特性相关，从而可确定介质参数。,一、超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,将厚度为h的介质贴紧波导短路片,插入介质前,由于损耗波节电压增加,试样中的波长比空气中的波长短,极小点位置向试样移动,在介质和金属短接片界面发生反射，在波导中按干涉定律合成，从而改变反射系数和终端波阻抗。,一、超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,(3).透射波法 又称传输测量法，分别进行不同长度的试样测试，通过测试在长度差内的衰减和相移从而确定介质试样的衰减系数

24、和相位系数从而得到介电系数和损耗正切。,波导波长、截止波长和自由空间波长的关系：,一、超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,2.谐振法 如同高频时一样，将被测材料试验引入谐振系统内，利用其谐振特性进行测试。只是在高频范围常利用同轴谐振腔(使用频率较低)和各种波型的空腔谐振器(使用频率较高)作为谐振系统。,(1).同轴谐振腔,变电纳法,变腔体长度法,变频法,一、超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,以变频法为例，测试步骤如下：,不接试样，改变振荡频率测量谐振频率f1,改变振荡频率失谐到半功率点测量谐振频率f2,因此1/Q1=(f2-f1)/f1,第一步：,接入试样，改变振荡频率测量谐

25、振频率f1,改变振荡频率失谐到半功率点测量谐振频率f2,因此1/Q2=(f2-f1)/f1,第二步：,最后根据同轴线中电磁场基本方程式可得到介质损耗等,一、超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,(2).空腔谐振器法,空腔谐振器法相似于测量线法,测量谐振腔的品质因数和谐振长度,测量驻波比和第一驻波节距离,空腔谐振器法,测量线法,替代,特点：a)测试精度高，而且适宜低介电系数和小损耗介 质的测量。b)只能用于频域的测量，而不能用于时域的测 量，而且当频率范围宽时需要大量的仪器和较长 的时间，测量难于进行,目前主要采用矩形和圆柱形谐振腔，用于矩形和圆柱形的波导传输线。,一、超高频下相对介电系数

26、和介质损耗角正切的测量,3.时域法测量介质材料特性,(a).傅里叶变换介电谱仪 利用脉冲反射法进行试样的时间域测量，然后进行傅里叶变换，得到一个频率域中的介电色散曲线。,(b).时域自动网络分析仪 包括足够频谱和幅度宽度的脉冲信号源，宽频带采样头和采样示波器示波器，及计算机系统。,一、超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,4.准光学法(自由空间法),基本思想：被测介质中平面电磁波的相速和衰减，根据相速和衰减变化情况来确定被测材料的介电特性参数,介质中相速为:C/,相位常数：,=k0=2/0,0:自由空间中的波长,介质中衰减系数由损耗角正切确定:,=1/2 tg=(tg)/0,通过厚度为h

27、的介质平板时相移:,h=h=(2h)/0,无介质时同样路径上的相移:,0=0h=(2h)/0,一、超高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量,因此放置的平板介质所引起的附加相移:,=h-0=2h(-1)/0,由附加相移计算的介电系数:,=(1+0/2h)2,由于不能忽略介质内多次反射对测量结果的影响，必须通过实验得到传输系数，然后得到衰减系数，最后计算出损耗角正切。,准光学确定介质板后波的衰减和相角可采用补偿移相实现,电容器高频参数及频率特性的测量,二、电容器高频参数及频率特性的测量,在很高的频率下电容器的等效电路不能简单的再按电容与损耗电阻的等效电路,高频等效电路,串联等效电路,很大,等效串

28、联电阻,二、电容器高频参数及频率特性的测量,在足够高的频率下，电容器的等效串联电阻基本上取决于r0，即电容器引线和极板在高频下表现的电阻值,高频阻抗Z是电容器的真实容量C、固有电感L0和等效串联电阻在高频下的综合表现，因此把C、L0、r称为电容器的高频参数。f0固有谐振频率。,对于穿心电容器，由于旁路阻抗与心轴电感量不同，对高频干扰信号的衰减能力也不同，常引入插入损耗来描述。,阻抗频率衰减曲线,(1)简单传输法 被测电容接入传输系统，根据测得的电流和电压确定其阻抗。,二、电容器高频参数及频率特性的测量,电容器高频参数测试方法,传输法,谐振法,电桥法,扫频示波法,1.传输法,Z0,利用矢量电压表

29、,二、电容器高频参数及频率特性的测量,当标准阻抗Z0远大于测试阻抗Zx的值，则U2远小于U1。,|Zx|=|U2/U1|Z0|,可利用高频毫伏表进行测试，这种传输系统框图如下,二、电容器高频参数及频率特性的测量,传输法测量原理简单，实际测量较困难,a.测试频率高，屏蔽要求高，通常采用如图夹具：,b.标准阻抗Z0精度要求高，其标定问题突出。,c.负载匹配难。,d.谐波分量影响严重。,二、电容器高频参数及频率特性的测量,(2)集总参数功率分配器的传输系统 为克服简单传输系统的缺点，提出了集总参数功率分配器的传输系统。,集总参数是一种采用微带线和安装在微带线上的微带电阻构成的微波器件，使其分布参数与

30、集总参数具有同样的数值，因此工作带宽很宽，克服Zo随频率变化的特点。,二、电容器高频参数及频率特性的测量,将上述型接法变换为Y型，则如图：,D,工作频率接近谐振点时，ZxZo功分器B端处于近似匹配状态；谐振时Zx接近电容器等效串联电阻r，它趋零，因此，从E点看ZEZ0当Zx时：,由此可见，Zx在0-变化时，从E点看输出阻抗在Zo-1.18Zo变化，其匹配比简单传输系统好。,二、电容器高频参数及频率特性的测量,(3)利用传输法确定高频参数 根据上述传输法所测得电容器阻抗频率特性，可确定出各高频参数。,a.电容器固有谐振频率,b.固有电感L 谐振：2=1/L0C,所以电感L0=1/42f2C,c.

31、电容器等效串联电阻r,二、电容器高频参数及频率特性的测量,2.扫频示波法 利用扫频示波器输出的恒幅信号通过被测电容器阻抗网络，将衰减量显示所得图像。,测试框图,频率特性曲线,示波器扫频信号输出端,示波器输入端,改接匹配负载Zo,二、电容器高频参数及频率特性的测量,3.谐振法或Q表法,a.固有电感的测量 利用回路谐振特性进行测量，即回路谐振时=1/LC,测试步骤：首先，调C1使电路到所需频率，将电容器短路，调C5，C6使电路谐振，读取其值。,取下短路线，接入被测电容，重新调节C5，C6使之再次谐振，读取其值。,最后计算的电感值,二、电容器高频参数及频率特性的测量,此法在高频时仍有匹配、谐波等问题

32、。,利用Q表法确定电容器固有电感同样依据谐振特性原理，在具体测试中采用两种方法：,自谐振法：谐振回路的频率调到被测电容器固有谐振频率，此时被 测电容接入与否回路均处于谐振状态。,二次频率法：在两个不同频率下分别调谐回路，得到不同频率下电 器等效电容值，从而确定被测电容器的固有电感。,b.等效串联电阻测量,二、电容器高频参数及频率特性的测量,原理：当Cx短接，回路损耗最小，A偏转最大，调节R1使A达到满刻度；被测电容接入(被测电容远大于回路电容C)，对回路电容影响很小，但由于使回路损耗增加，使A读数下降；A的读数事先有标准无感电阻标定，可由A的读数直接读取等效串联电阻值。,二、电容器高频参数及频

33、率特性的测量,4.电桥法,借助辅助L1，C1串联回路克服电容器自谐频率很高而无法测量的缺点，新组成回路谐振频率降低而易于测量。,方法：断开K，不接入Cx，电桥平衡，A中无电流，指示于零位。,闭合K，R4臂等效电阻为零，电桥处于最大失衡，表头偏转最大，调节R5使满偏。,接入Cx断开K，R4上则并联一阻抗，使R4臂总阻抗下降，指针偏转，根据R4并联阻抗大小，事先校准刻度，直接读取待测阻抗值。,二、电容器高频参数及频率特性的测量,通过调节C1使L1，C1和Cx所处支路谐振，则支路等效为纯电阻。,阻抗 Z=r+r0r：电容器等效串联电阻r0：回路其它等效电阻,因此，要准确测量r则需要进行两步测量：首先

34、，接入样品，调谐后测的阻抗r1；然后，短接样品，调谐后测得阻抗r2；则电容器等效串联电阻r=r1-r2.,电桥法特点：测试精度高，可测电容容量宽；所测等效串联电阻只是测试频率下的数值，且测试频率低。,5.电容器插入衰耗的测量,二、电容器高频参数及频率特性的测量,插入衰耗主要用于防干扰的穿心式电容和分布参数电路用电容器以及微带电容、带状电容、无外引线电容等。,引起插入衰减的原因：a.电容器本身存在的损耗 b.接入后传输线不匹配，产生反射而引起。,穿心式电容器结构如图，导流杆与电容器内电极相连，外电极与接地点相连。高频电流由A输入，由导流杆电感的阻抗和电容旁路，流至B时受到相当大的衰减，因而相当于

35、三端器件。,二、电容器高频参数及频率特性的测量,插入损耗定义：电容器接入规定的传输系统的测试电路前后，接入 点上高频电平的变化值，通常以分贝表示，即插入 损耗B为：,B=20lg(U1/U2)(dB)U1:电容插入前接入点高频电压有效值；U1:电容器插入后接入点高频电压有效值。,电容器插入损耗测量方法,电平比较法,等值比较法,二、电容器高频参数及频率特性的测量,同轴转线换开关系统,电平比较法：首先，将信号调节到指定频率f，然后将开关置于1，测量直通电压U1，最后将开关置于2，测的电容接入后的电压U2，计算电容插入衰减B：B=20lg(U1/U2)(dB),等值比较法：首先，将信号调节到指定频率

36、f，然后将开关置于2，测量电压U2，最后将开关置于3，调节标准可变衰减器，使系统代换后电压U3=U2，电容插入衰减B等于标准可变衰减器上读数。,功率分配传输系统,二、电容器高频参数及频率特性的测量,采用电平法和等值比较法的测量方法和计算公式与同轴线转换开关系统同。,小结：相对介电系数和介质损耗角正切的测量,1.掌握电容的串联等效电路与并联等效电路，能根据功率的关系，推导这两种电路中电容量与电阻之间的转换关系；2.了解电压、频率、温度、湿度等条件与环境因素对测量结果的影响及消除方法；3.会分析接线电阻和电感对电容测试以及介质损耗角正切测试的影响（画出包含接线电阻、电感以及待测样品的等效电路，列写

37、电容与损耗角正切测量值的表达式，求出与真实值的误差，分析误差即可）；4.了解测微电极是怎样减小电感、电阻和电容影响的；,小结：相对介电系数和介质损耗角正切的测量,5.掌握高压西林电桥的电路图、测量原理以及灵敏度分析思路。了解测量误差来源以及相应的解决办法，尤其要掌握瓦格纳接地和辅助电源接地的适用条件，及接地的工作原理；6.能够与高压西林电桥进行对比，掌握低压西林电桥的电路图、测量原理。了解测量误差来源以及相应的解决办法；7.掌握变压器电桥的电路图、测量原理。了解测量误差来源以及相应的解决办法；8.知道在极低频测试中，除了能采用特殊结构的电桥外，还能采用电介质谱的方法。,小结：相对介电系数和介质损耗角正切的测量,9.掌握双T电桥的基本原理图以及平衡条件；不同的元器件组合代入相应的位置，要能推导出电容表达式以及介质损耗角正切表达式。10.掌握谐振法中测电容的原理；变电阻法测介质损耗角正切的原理及能推导其表达式；变Q值法测介质损耗角正切的原理及能推导其表达式（注意Q值对应的是谐振状态下，整个测试回路的品质因数，电容以及电阻都是整个谐振回路的总电容值以及总电阻值）；变电纳法测介质损耗角正切的原理及能推导其表达式。11.了解电容器的高频参数、等效电路及其固有谐振频率。,作业,课后题（P109）4.（高频Q表，串联替代法）5.（失谐法）6.（双T电桥）,