1、曹明琛、胡亞男2015年1月5日Operation and Application of Impedance Analyzer無損檢測與評價研究所無損檢測與評價研究所-現(xiàn)代儀器與仿真技術(shù)交流論壇現(xiàn)代儀器與仿真技術(shù)交流論壇阻抗分析儀的操作與應(yīng)用阻抗分析儀的操作與應(yīng)用目錄目錄阻抗分析儀簡介阻抗參數(shù)測量阻抗匹配阻抗分析儀掃頻測量數(shù)據(jù)存儲阻抗分析儀簡介阻抗分析儀簡介廠家：Agilent Technologies（美國安捷倫科技公司）名稱：Agilent 4294A精密阻抗分析儀 (4294A Pricision Impedance Analyzer)范圍：40Hz-110MHz功能：對元件和電路進(jìn)行高

2、效率阻抗測量和分析。實現(xiàn)高性能網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀和阻抗分析儀的功能。對各種電子器件以及電子材料和非電子材料的精密阻抗進(jìn)行測量。40Hz-110MHzAgilent 4294A精密阻抗分析儀阻抗分析儀簡介阻抗分析儀簡介顯示區(qū)功能選擇區(qū)數(shù)字輸入?yún)^(qū)操作夾持區(qū)數(shù)據(jù)存儲區(qū)屏幕顯示按鈕阻抗分析儀簡介阻抗分析儀簡介阻抗分析儀簡介阻抗分析儀簡介| |技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)電子器件的測量無源器件：測量兩個端口或引線的器件的阻抗，包括電容器、電感器、鐵氧體磁珠、電阻器、變壓器、多芯片模塊或陣列/網(wǎng)絡(luò)元器件。半導(dǎo)體元件：l 變?nèi)荻O管的 C-V 特性分析。l 對二極管、晶體管或 IC 封裝端子/引線的寄生參數(shù)進(jìn)行分析

3、。l 放大器輸入/輸出阻抗測量。其他元器件：測量印刷電路板、繼電器、開關(guān)、電纜和電池等元件的阻抗。材料的測量電介質(zhì)材料：測量塑料、陶瓷、印刷電路板及其它電介質(zhì)材料的介電常數(shù)和損耗角正切值。磁性材料：測量鐵氧體、非晶硅和其它磁性材料的導(dǎo)磁率和損耗角正切值。半導(dǎo)體材料：半導(dǎo)體材料的電容率、導(dǎo)電性和 C-V 特性。阻抗分析儀簡介阻抗分析儀簡介| |典型應(yīng)用典型應(yīng)用阻抗分析儀簡介阻抗分析儀簡介| |前面板前面板Meas-激活軟鍵進(jìn)行測試參數(shù)選擇 Format-可調(diào)整曲線的顯示方式（線性/對數(shù)） Display-可進(jìn)入選擇電路的等效模型等 Scale Ref-可調(diào)整曲線的刻度 Bw/Avg-可調(diào)整帶寬和

4、平均 Cal-進(jìn)行校準(zhǔn)相關(guān)操作 可選擇激活當(dāng)前操作曲線（曲線A/B） Sweep-對測試信號進(jìn)行配置 Source-調(diào)整信號電平，DC偏置等 Trigger-觸發(fā)設(shè)置 Start-設(shè)置起始掃描參數(shù) Stop-設(shè)置終止掃描參數(shù) Center-設(shè)置中心頻率 Span-設(shè)置頻率范圍 阻抗分析儀簡介阻抗分析儀簡介| |前面板前面板旋鈕-可連續(xù)調(diào)節(jié)數(shù)值 和-可步進(jìn)調(diào)節(jié)數(shù)值 Entry Off-關(guān)閉輸入 Back Space-刪除鍵 0 - 9 . -可設(shè)置具體數(shù)值及命名文件名 G/nM/k/mx1-設(shè)置變量單位 Marker-激活標(biāo)記讀數(shù)功能 Marker-尋找特定讀數(shù)下的相關(guān)參數(shù) Search-尋找峰

5、值、選定值等 Utility-激活其他標(biāo)記功能 System-對儀器進(jìn)行全局控制 Local-在被遠(yuǎn)程操控和本地工作狀態(tài)間切換 Preset-將儀器恢復(fù)至出廠狀態(tài) Copy-將屏幕信息打印輸出 Save-對數(shù)據(jù)、圖標(biāo)等信息進(jìn)行存儲. Recall-載入目標(biāo)文件的參數(shù) LCD 屏右側(cè)軟鍵配合以上屏右側(cè)軟鍵配合以上項進(jìn)行使用項進(jìn)行使用 目錄目錄阻抗分析儀簡介阻抗參數(shù)測量阻抗匹配阻抗分析儀掃頻測量數(shù)據(jù)存儲阻抗參數(shù)測量阻抗參數(shù)測量| |校準(zhǔn)校準(zhǔn)一. 開路校準(zhǔn) a. 按 Cal 鍵進(jìn)入校準(zhǔn)菜單 b. 按 FIXTURE COMPEN 鍵 c. 按 OPEN 鍵 屏幕短暫顯示信息“WAIT-MEASURI

6、NG STANDARD” 后，右側(cè)軟鍵旁的標(biāo)簽內(nèi)容由OPEN on OFF 變?yōu)?OPEN ON off 。二. 短路校準(zhǔn) a.首先取下夾具上的一個黃色片狀金屬“short bar”，按照圖示插入LOW與HIGH的縫間，將螺絲扭緊。b. 按 SHORT 鍵 屏幕短暫顯示信息“WAIT-MEASURING STANDARD” 后，右側(cè)軟鍵旁的標(biāo)簽內(nèi)容由SHORT on OFF 變?yōu)?SHORT ON offc. 移除夾具上的“short bar” 測試夾具16047E校準(zhǔn) 阻抗參數(shù)測量阻抗參數(shù)測量| |校準(zhǔn)校準(zhǔn)阻抗參數(shù)測量阻抗參數(shù)測量| |測量步驟測量步驟1. 打開電源2. 開機自檢、校準(zhǔn)3.

7、選擇測試模式按Meas鍵后配合軟鍵操作。如選擇|Z|-模式，其中曲線A代表|Z|，曲線B代表。阻抗參數(shù)測量阻抗參數(shù)測量| |測量步驟測量步驟4. 輸入起始、終止掃描參數(shù)如：起始掃描參數(shù)為900 Hz，終止掃描參數(shù)為1.1kHz a. 按 Start 鍵 b. 輸入“900”，依次按 900 x1 鍵 c. 按 Stop 鍵 d. 輸入“1.1”，依次按 1.1k/m 鍵 阻抗參數(shù)測量阻抗參數(shù)測量| |測量步驟測量步驟5. 顯示設(shè)置a. 按 Display 鍵 b. 軟鍵交替按下實現(xiàn)SPLIT on OFF與SPLIT ON off，即單、雙窗口切換阻抗參數(shù)測量阻抗參數(shù)測量| |測量步驟測量步驟

8、6.自動調(diào)整曲線顯示為最適合當(dāng)前窗口a. 按 A 鍵激活A(yù)曲線， A 鍵左側(cè)黃燈亮b. 按 Scale Ref 鍵 c. 按 AUTO SCALE 鍵自動調(diào)整|Z| d. 按 B 鍵激活B曲線 ， A 鍵左側(cè)黃燈亮e. 按 AUTO SCALE 鍵自動調(diào)整 阻抗參數(shù)測量阻抗參數(shù)測量| |測量步驟測量步驟調(diào)整前調(diào)整后阻抗參數(shù)測量阻抗參數(shù)測量| |測量步驟測量步驟7.讀取某一頻率點處阻抗參數(shù)值按 Maker 鍵輸入具體頻率值或以旋轉(zhuǎn)鈕調(diào)整，讀取阻抗參數(shù)值旋轉(zhuǎn)鈕數(shù)字輸入目錄目錄阻抗分析儀簡介阻抗參數(shù)測量阻抗匹配阻抗分析儀掃頻測量數(shù)據(jù)存儲阻抗匹配阻抗匹配| |原理原理目的：使磁致伸縮傳感器的激勵能量主

9、要集中于設(shè)計中心頻率附近，通過外接電路對線圈進(jìn)行阻抗匹配。阻抗測量曲線的斜率變化加劇，進(jìn)而增加在該頻率附近所激勵出的超聲波的能量。三段式線圈的原始阻抗測量結(jié)果三段式線圈阻抗匹配后的阻抗測量結(jié)果結(jié)論：在160kHz附近，阻抗曲線的斜率出現(xiàn)較大變化160kHz阻抗匹配阻抗匹配| |測量步驟測量步驟步驟1：打開前面板左下角的電源開關(guān)，開機自檢、校準(zhǔn)。步驟2：單擊功能選擇區(qū)按鈕Meas，選擇要測量物理量，如“|Z|-”，Cs-Rs等。步驟3：選擇Start，設(shè)置阻抗測量的起始頻率點，如需設(shè)置起始頻率點為20kHz，則依次在前面板右上角的數(shù)字鍵區(qū)按下20，再單擊“k/m”鍵，確定輸入起始頻率點為20kH

10、z。同樣，選擇stop按鈕，設(shè)置阻抗測量的終止頻率點，如在數(shù)字鍵區(qū)按下200，再單擊“k/m”鍵，確定輸入起始頻率點為200kHz。操作夾持區(qū)顯示區(qū)數(shù)字輸入?yún)^(qū)功能選擇區(qū)阻抗匹配阻抗匹配| |測量步驟測量步驟步驟4：選擇按鈕Display，對照顯示屏中最右側(cè)列表中的SPLIT on OFF選項，單擊其右側(cè)按鈕，此時顯示屏幕中將由單一視窗改變?yōu)樯舷聝蓹诖翱冢謩e顯示步驟2中所設(shè)置的兩個物理量的測量結(jié)果。對上下兩欄窗口的操作需要注意前面板頂部中央位置的A和B按鈕。當(dāng)按鈕A左側(cè)的黃燈點亮?xí)r，可操作窗口為上窗口；當(dāng)選擇按鈕B時，其右側(cè)黃燈將點亮，此時可操作窗口為下窗口。步驟5：依照步驟4，選擇要操作的窗

11、口，再單擊scale Ref按鈕，選擇顯示屏中最右側(cè)列表中的AUTO SCALE，此時在操作窗口中將自適應(yīng)調(diào)整測量曲線的顯示范圍。步驟6：讀取某個頻率點的測量結(jié)果時，單擊Marker按鈕后，依照步驟3，在前面板右上角的數(shù)字鍵區(qū)按下所需觀察的頻率點即可。阻抗匹配阻抗匹配| |匹配步驟匹配步驟步驟1：運行Smith-Chart軟件。作用：改變感應(yīng)線圈的電路特性，調(diào)節(jié)LCR振蕩電路的振蕩頻率，以符合傳感器的中心頻率。方式：感應(yīng)線圈大多呈感性，主要通過并聯(lián)電容方式改變感應(yīng)線圈的阻抗曲線。假定一組感應(yīng)線圈設(shè)計中心頻率為160kHz，依前述阻抗測量步驟測得160kHz時感應(yīng)線圈阻抗為|Z|=100.25，

12、相角為72.153。阻抗匹配阻抗匹配| |匹配步驟匹配步驟步驟2：點擊圖25左側(cè)圖中所示的工具欄的DATAPOINT按鈕，彈出右側(cè)圖所示窗口，再選擇Keyboard按鈕，通過鍵盤輸入感應(yīng)線圈的測量阻抗。阻抗匹配阻抗匹配| |匹配步驟匹配步驟步驟3：在彈出的Data Point窗口中進(jìn)行感應(yīng)線圈阻抗的輸入。選擇默認(rèn)的impedance(Ohm)按鈕；由于測量阻抗為幅值與相角，需在極坐標(biāo)下輸入，點選polar按鈕，在magnitude一欄輸入阻抗值100.25，在angle一欄輸入相角值72.153。在frequency一欄輸入160.000，選擇單位為kHz。再單擊OK 。阻抗匹配阻抗匹配| |

13、匹配步驟匹配步驟步驟4：輸入數(shù)據(jù)后，在smith圓圖中將出現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)點的位置，在圖中以紅色方框表示并旁注黑色數(shù)字1。阻抗匹配阻抗匹配| |匹配步驟匹配步驟步驟5：阻抗匹配的原則是將原始阻抗中的相角調(diào)整為0，通過并聯(lián)電容的方式可實現(xiàn)。點選工具欄中的SHUNT(并聯(lián))下的C(電容)，屏幕中出現(xiàn)從位置1開始的黑色弧線，移動鼠標(biāo)可調(diào)整光標(biāo)位置。要實現(xiàn)相角調(diào)零，參照界面下方的VSWR一欄的Z值，使得顯示數(shù)值的虛部為0即可，或者移動光標(biāo)至黑色弧線與smith圓圖水平直徑所在的綠色線段的交叉點處，單擊鼠標(biāo)，將出現(xiàn)藍(lán)色弧線段。阻抗匹配阻抗匹配| |匹配步驟匹配步驟步驟6：匹配結(jié)束后，在Schematic一欄下

14、可查看等效電路，其中ZL表示原始輸入阻抗，圖標(biāo)“|”為匹配電容，電容值為9.4nF。由此可知，需對感應(yīng)線圈并聯(lián)9.4nF的電容，以使在160kHz頻率處，感應(yīng)線圈的阻抗的相角值為0。注意：取消點擊鼠標(biāo)右鍵，點擊兩次，完全清除。阻抗匹配阻抗匹配| |匹配步驟匹配步驟步驟7：要將電路模型導(dǎo)出至word文檔，點選主菜單的Edit-Copy，在彈出的Copy to Clipboard窗口中進(jìn)行設(shè)置，單擊OK，即可在word文檔里通過Ctrl+V進(jìn)行復(fù)制。 阻抗匹配完成后，對電容進(jìn)行容值測量，使其為9.4nF，此處的電容一般為瓷片電容，需具有300V以上的耐壓值。市場購買的電容標(biāo)稱值一般有較大誤差，需要

15、通過實際容值測量確定其精確容值。準(zhǔn)備好電容后，將其與感應(yīng)線圈進(jìn)行并聯(lián)，并聯(lián)后仍需再次利用Agilent 4294A型網(wǎng)絡(luò)分析儀對其精確阻抗進(jìn)行測量，觀察相角是否已調(diào)整為0，一般在正負(fù)10度范圍都可以接受。目錄目錄阻抗分析儀簡介阻抗參數(shù)測量阻抗匹配阻抗分析儀掃頻測量數(shù)據(jù)存儲阻抗分析儀掃頻阻抗分析儀掃頻| |原理原理原理：壓電片或傳感器諧振頻率點即為阻抗值變化最劇烈處。PZT阻抗分析儀掃頻阻抗分析儀掃頻| |掃頻步驟掃頻步驟1. 打開電源2. 開機自檢、校準(zhǔn)3. 選擇測試模式按Meas鍵后配合軟鍵操作。如選擇|Z|-模式，其中曲線A代表|Z|，曲線B代表。阻抗分析儀掃頻阻抗分析儀掃頻| |掃頻步驟

16、掃頻步驟4. 按Format鍵，選擇樣式為LOG。阻抗分析儀掃頻阻抗分析儀掃頻| |掃頻步驟掃頻步驟5. 顯示設(shè)置a. 按 Display 鍵 b. 軟鍵交替按下實現(xiàn)SPLIT on OFF與SPLIT ON off，即單、雙窗口切換。阻抗分析儀掃頻阻抗分析儀掃頻| |掃頻步驟掃頻步驟6. 頻帶寬度設(shè)置a. 按 Bw/Avg 鍵 b. 軟鍵選擇帶寬為2。阻抗分析儀掃頻阻抗分析儀掃頻| |掃頻步驟掃頻步驟7. 掃查類型設(shè)置a. 按 Sweep 鍵 b. 軟鍵選擇TYPE為LOG。8. 輸入起始、終止掃描參數(shù)如：起始掃描參數(shù)為100 Hz，終止掃描參數(shù)為300kHz a. 按 Start 鍵 b.

17、 輸入“100”，依次按 100 x1 鍵 c. 按 Stop 鍵 d. 輸入“300”，依次按 300k/m 鍵 阻抗分析儀掃頻阻抗分析儀掃頻| |掃頻步驟掃頻步驟9.自動調(diào)整曲線顯示為最適合當(dāng)前窗口a. 按 A 鍵激活A(yù)曲線， A 鍵左側(cè)黃燈亮b. 按 Scale Ref 鍵 c. 按 AUTO SCALE 鍵自動調(diào)整|Z| d. 按 B 鍵激活B曲線 ， A 鍵左側(cè)黃燈亮e. 按 AUTO SCALE 鍵自動調(diào)整 阻抗分析儀掃頻阻抗分析儀掃頻| |掃頻步驟掃頻步驟阻抗分析儀掃頻阻抗分析儀掃頻| |掃頻結(jié)果掃頻結(jié)果設(shè)計中心頻率為200kHz，掃頻中心頻率為207kHz，結(jié)果相對吻合。目錄目

18、錄阻抗分析儀簡介阻抗參數(shù)測量阻抗匹配阻抗分析儀掃頻測量數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集| |采集步驟采集步驟步驟1：使用82357A或82357B USB/GPIB 連接器連接4294A與PC 。步驟2：運行Agilent Connection Expert軟件。雙擊單擊數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集| |采集步驟采集步驟步驟3：復(fù)制VISA address。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集| |采集步驟采集步驟步驟4：雙擊打開數(shù)據(jù)采集Excel。兩次點擊數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集| |采集步驟采集步驟步驟5：啟用宏，確定。注意：數(shù)據(jù)采集時Rmt指示燈亮，阻抗分析儀前面板將不能操作，若進(jìn)行前面板操作，按下Local鍵即可。采集點數(shù)設(shè)置按 S

19、weep 鍵 。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集| |采集步驟采集步驟步驟6：在Data Transfer窗口粘貼步驟3復(fù)制的VISA address，點擊Get Data獲得數(shù)據(jù)，點擊Get Image獲得圖像，保存。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集| |注意注意注意：當(dāng)用Matlab讀取并處理阻抗分析儀中采集并保存的數(shù)據(jù)時，每個Excel文檔都會出現(xiàn)Data Transfer的對話框，下面進(jìn)行相應(yīng)處理。1)開發(fā)工具- 宏- 宏(M) Alt-F8 中發(fā)現(xiàn)刪除按鈕 變灰，無法刪除2)工具- 宏- Visual Basic 編輯器- 模塊,刪除它就行了.3) VBA編輯器里，左邊有個象樹目錄的窗口，用右鍵點擊里面的東西- 菜單選查看代碼，在右邊會打開一個代碼窗口，如果有代碼就刪除。 4) 如果樹目錄的窗口里有“模塊”，就用右鍵點擊選擇“移除模塊”。下頁開始逐步圖示數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集| |刪除刪除Excel宏宏實際操作從第（3）步開始即可。1)禁用殺毒軟件，防止資料備自動清除數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集| |刪除刪除Excel宏宏在EXCEL表