Was ist ein Impedanz-Analysatoren?
Impedanz-Analysatoren sind, wie der Name schon sagt, Impedanz-Analysatoren (Widerstands-Analysatoren). Die Impedanz ist das Verhältnis zwischen Spannung und Strom in einem Wechselstromkreis und ist ein Indikator für die Schwierigkeit des Stromflusses. Die Impedanz wird als Vektorgröße in der komplexen Ebene ausgedrückt, wobei der Blindwiderstand auf der imaginären Achse und die Widerstandskomponente auf der realen Achse liegt.
Handelt es sich um einen Gleichstrom, so gibt es nur eine Widerstandskomponente, ausgedrückt als V = IR, die durch das Ohmsche Gesetz ausgedrückt wird. Es gibt zwei Haupttypen von Reaktanz: die induktive Reaktanz für die Komponente L (Induktor), die eine Wicklung wie eine Spule darstellt, und die kapazitive Reaktanz für die Komponente C (Kondensator), die einen Kondensator darstellt. Der Impedanz-Analysator ist ein Gerät zur Analyse der Impedanz, d. h. des elektrischen Widerstands, der diese Wechselstromkomponente enthält.
Verwendungszwecke von Impedanz-Analysatoren
Impedanz-Analysatoren werden verwendet, um die Impedanz, d. h. den elektrischen Widerstand, der eine Wechselstromkomponente enthält, im Detail zu analysieren.
Die Analyseergebnisse werden auf dem Bildschirm der meisten Impedanz-Analysatoren in Form eines Diagramms angezeigt, wobei die horizontale Achse die Frequenz und die vertikale Achse die vom Benutzer gewünschten Parameter (Variablen), wie Spannung und Strom, darstellt. Ein ähnliches Gerät ist ein LCR-Meter.
Ein LCR-Meter zeigt jedoch nur punktgenaue Ergebnisse numerisch an, während ein Impedanz-Analysatoren Graphen anzeigen kann, die verschiedene Parameter über einen breiten Frequenzbereich darstellen.
Prinzip des Impedanz-Analysators
Impedanz-Analysatoren können die Widerstands- und Reaktanzkomponenten der Impedanz messen, indem sie Wechselstromsignale verschiedener Frequenzen anlegen und Strom, Spannung und Phasendifferenz messen. Es gibt verschiedene Messmethoden wie die Resonanzmethode, die I-V-Methode und die automatische symmetrische Brückenmethode.
Die Messmethode mit einer automatischen symmetrischen Brückenschaltung wird hier als typisches Beispiel beschrieben. In einer automatischen symmetrischen Brückenschaltung werden eine Signalquelle, zwei Voltmeter und ein Strom-Spannungs-Wandler verwendet. Die Impedanz der Probe kann durch Berechnung des Verhältnisses zwischen der durch die Probe fließenden Spannung und der durch den Referenzwiderstand fließenden Spannung gemessen werden.
Mit der automatischen symmetrischen Brückenmethode kann ein breites Spektrum von Frequenzen unter 110 MHz gemessen werden. Für Impedanzmessungen bei höheren Frequenzen wird z. B. die HF-I-V-Methode verwendet.
Die erhaltenen Daten können grafisch analysiert werden, indem ein Bode-Diagramm mit der Frequenz auf der horizontalen Achse und der Impedanz auf der vertikalen Achse oder ein Cole-Cole-Diagramm mit dem Widerstand auf der horizontalen Achse und der Reaktanz auf der vertikalen Achse erstellt wird. Durch die Analyse dieser Ersatzschaltbilder ist es möglich, Schaltungen zu entwerfen und Widerstandskomponenten wie Elektroden zu isolieren.
Weitere Informationen über Impedanz-Analysatoren
1. Unterschiede zwischen Impedanz-Analysatoren und Netzwerk-Analysatoren
Impedanz-Analysatoren und Netzwerkanalysatoren sind beides Geräte, die die Impedanzkomponenten eines DUT (DUT under test) messen, indem sie Signale in das DUT einspeisen und die Signalstärke und Phase, die auf der Ausgangsseite erscheinen, mit dem Eingang vergleichen.
Impedanz-Analysatoren werden verwendet, um hohe Impedanzen von 10 kΩ oder mehr genau zu messen. Der Frequenzbereich, der gemessen werden kann, ist jedoch auf etwa 100 MHz begrenzt.
Netzwerkanalysatoren können bis zu etwa 10 GHz messen und eignen sich für die Messung von Impedanzen unter 10 kΩ. Geräte für Telekommunikationseinrichtungen erfordern Kennlinienmessungen bis zu hohen Frequenzen, weshalb Netzwerkanalysatoren verwendet werden.
2. Verwendung eines Impedanz-Analysators
Für Impedanzmessungen werden vier Klemmen verwendet. Dies sind die Klemme zum Anlegen des Eingangsstroms, die Klemme zur Messung der eingangsseitigen Spannung, die Klemme zur Messung des ausgangsseitigen Stroms und die Klemme zur Messung der ausgangsseitigen Spannung.
Das zu messende Objekt (DUT) wird zwischen der Eingangs- und der Ausgangsseite platziert, aber für genauere Messungen wird eine Messvorrichtung, eine sogenannte Fixture, verwendet. Die Halterung ist eine wichtige Messvorrichtung, die dazu dient, das Messobjekt stabil zu halten, Fremdgeräusche zu reduzieren und eine Abschwächung der Signalausbreitung zu verhindern.
3. Preise für Impedanzanalysatoren
Je nach Frequenzbereich und Impedanz, die gemessen werden kann, gibt es eine Reihe von Preisen. Ein einfaches Gerät zur Messung der ungefähren Impedanz ist für etwa ¥ 100.000 zu haben.
Hochpräzise Modelle, wie sie bei Experimenten und in der Entwicklung verwendet werden, kosten zwischen 2 und 5 Millionen JPY. Darüber hinaus kosten eine Halterung für den Prüfling und ein Kabel für die Messung rund 1 Million JPY.