阻抗是什么？
阻抗是元器件或電路對周期的交流信號的總的反作用。
AC交流測試信號 (幅度和頻率)。
阻抗常用Z表示，是一個復數，實部為電阻，虛部稱為電抗。
阻抗是評測電路、元件以及制作元件材料的重要參數。
首先阻抗是一個矢量。
通常，阻抗是指器件或電路對流經它的給定頻率的交流電流的抵抗能力。它用矢量平面上的復數表示。一個阻抗矢量包括實部（電阻R）和虛部（電抗X）。
如圖1所示，阻抗在直角坐標系中用Z=R+jX表示。那么在極坐標系中，阻抗可以用幅度和相角表示。直角坐標系中的實部和虛部可以通過數學換算成極坐標系中的幅度和相位。
其次，要記住阻抗的單位是歐姆。另外，要思考一下我們所熟知的電阻（R）、電感(L)和電容（C）分別對應由于復阻抗平面中的位置。其中電容在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為容抗，電感在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為感抗，電容和電感在電路中對交流電所引起的阻礙作用總稱為電抗。
需要了解的阻抗基本知識
測量阻抗有幾種不同的技術和方法，應該根據測量的頻率范圍、要測量的阻抗參數以及想要顯示的測量結果來選擇一個具體的測試技術。
自動平衡電橋技術在從毫歐姆到兆歐姆很寬的阻抗測量范圍內有極高的測量精度，與之相適應的測量頻率范圍可以從幾 Hz 到 110 MHz。
IV 和 RF-IV 技術在從毫歐姆到兆歐姆的阻抗測量范圍內的測量精度同樣很好，與之相適應測量頻率范圍可以從 40 Hz 到 3 GHz 左右。
傳輸 /?反射技術在非常寬的頻率范圍，從 5 Hz 到 110 GHz 以上，測量 50 歐姆或 75 歐姆附近的阻抗值時，具有非常高的測量精度。
LCR 表和阻抗分析儀的主要區別之一是它們對測量結果的顯示方式。 LCR 表用數字顯示測量結果，而阻抗分析儀既可以用數字也可以用圖形顯示測量結果。
LCR 表或阻抗分析儀所采用的測量技術和儀表的類型無關，根據測量的頻率范圍，它們可以采用 RF-IV、IV 或自動平衡電橋技術。
用戶會出于各種原因而需要測量器件的阻抗。一個典型的情況是工程師們需要對用在其所設計的電路中的器件的阻抗特性進行測量，因為通常情況下這些器件的供應商只給出了器件阻抗值的額定數據。
在某種程度上，在決定產品的最終設計性能，甚至決定制成品的生產時都會與產品所用器件的阻抗值有關，最終產品的性能和質量會受到器件的測量精度以及對器件的測量是否夠全面的影響。
? ? ? ?圖 0-1 各種測量方法和相應的測量精度范圍阻抗是表征電子器件特性的參數之一。阻抗 (Z) 的定義是器件在給定的頻率下對交流電流 (AC) 所起的阻礙作用。
阻抗通常用復數量 ( 矢量 ) 的形式來表示，可以把它畫在極坐標上。坐標的第一和第二象限分別對應正的電感值和正的電容值 ; 第三和第四象限則代表負的電阻值。阻抗矢量由實部 ( 電阻 — R) 和虛部 ( 電抗 — X) 組成。
圖 1-1 所示是阻抗矢量的值落在極坐標系統中第一象限的情況。
圖 1-1. 阻抗的矢量表示
電容 (C) 和電感 (L) 的值可從電阻(R) 和電抗 (X) 值中推導出來。電抗的兩種形式分別是感抗 (X L) 和容抗(X C)。
品質因數?(Q) 和損耗因數 (D) 也可從電阻和電抗的值中推導出來，這兩個參數是表示電抗純度的。當 Q 值偏大或 D 值偏小時，電路的質量更高。Q 的定義是器件所儲存的能量與其做消耗的能量的比值。D 是 Q 的倒數。D 還等于“tan δ”，其中 δ 是介質損耗角 (δ 是相位角 θ 的余角 )。D 和 Q 均屬于無量綱的量。
圖 1-2 顯示的是阻抗與可以從阻抗值中所推導出的參數的關系。
圖 1-2. 電容器和電感器參數
器件制造商給出的器件阻抗值所代表的是在規定的測量條件下器件所能達到的性能，以及在生產這些器件時所允許出現的器件性能的偏差。如果在設計電路時需要很精確地知道所使用器件的性能的話，就有必要專門對器件進行測量來驗證其實際值與標稱值之間的偏差，或在不同于制造商測試條件的實際工作條件下測量器件的阻抗參數。
由于寄生電感、電容和電阻的存在，所有器件的特性會隨著測量頻率的變化而變化的現象是非常常見的。
圖 2-1 顯示的是一個常用的電容器在理想情況下其阻抗隨頻率變化的特性和實際上有寄生參數存在時其阻抗隨頻率變化的特性之間的差別。
圖 2-1. 電容器的頻率特征
器件阻抗的測量結果還會受到在測量時所選擇的測量信號的大小的影響，圖 2-2 顯示的是阻抗測量結果隨著交流測量信號的大小而變化的情況 :
● 電容值 ( 或材料的介電常數，即K值 ) 的測量結果會依賴于交流測量信號電壓值的大小。
● 電感值 ( 或材料的磁滯特性 ) 的測量結果會依賴于交流測量信號電流值的大小。
如圖 3 和其中的公式所示，在測量時實際施加在被測器件兩側的交流電壓 VDUT 是和它自身的阻抗、信號源的內阻以及信號源的輸出電壓有關的。
使用儀表的自動電平控制?(ALC)功能可使被測器件 (DUT) 兩側的電壓保持在一個恒定的值上。如果儀表內部沒有 ALC 功能但是有監測信號大小的功能，可以利用這個功能給這種儀表編寫一個相當于 ALC 功能的控制程序來保證被測器件兩端上的電壓穩定。
通過控制測量積分時間 ( 相當于數據采集時間 ) 可以去除測量中不需要的信號的影響。利用平均值功能可以降低測量結果中的隨機噪聲。延長積分時間或增加平均計算的次數可以提高測量精度，但也會降低測量速度。在儀表的操作手冊中對這部分內容都有詳細的解釋。
其它有可能影響測量結果的物理和電氣因素還包括直流偏置、溫度、濕度、磁場強度、光強度、振動和時間等。
圖 2-2. 測量結果對測量信號大小的依賴性
圖 2-3. 實際施加到被測器件上的信號和保證信號穩定的原理現在有很多阻抗測量儀器都能夠測量阻抗矢量的實部和虛部，然后再把它們轉換為其它所需要的參數。
如果一個測量結果顯示為阻抗(Z) 和相位 (θ)，那么被測器件的主要參數 (R、C、L) 和其它所有寄生參數所表現出來的綜合特性就體現在 |Z| 和 θ 的數值的大小上。
如果要想顯示一個被測器件除阻抗和相角以外的其它參數，可以使用它的二元模型等效電路，如圖 3-1 所示。在區分這些基于串聯或并聯電路模式的二元模型時，我們用腳注“p” 代表并聯模型，用“s”代表串聯模型，例如 Rp、Rs、Cp、Cs、Lp 或 Ls。
在現實世界中沒有器件是純粹的的電阻、純粹的電容、純粹的電感。任何常用的器件通常都會有一些寄生參數 ( 例如由器件的引腳、材料等引起的寄生電阻、寄生電感和寄生電容 ) 存在，表現器件主要特性的部分和寄生參數部分結合在一起會使一個簡單的器件在實際工作中表現得就像一個復雜的電路一樣。
近年來新推出的阻抗分析儀都帶有等效電路分析的高級功能，可以用三元或四元電路模型的形式對測量結果進行進一步的分析，如圖 3-2 所示。使用這種等效電路分析功能可對器件更為復雜的寄生效應進行全面分析。
圖 3-1. 測量結果的等效電路模型
圖 3-2. 等效電路分析功能
在產品設計和生產制造的測量中，我們經常被問到的問題恐怕就是: “測量結果的精度有多高 ?”
儀器的測量精度實際上取決于被測器件的阻抗值和所采用的測量技術，如圖 0-1 所示。
在確定測量結果的精度時，需要把測量到的被測器件的阻抗值和所使用儀表在所適用的測量條件下的精度進行比較才可以知道。
圖 4-1 顯示了在測量頻率為 1 MHz 時，1 nF 電容器的阻抗值為 159 Ω。
圖 4-1. 電容器的阻抗值和所選擇的測量頻率有關儀表關于 D 值和 Q 值的測量精度的指標通常不同于儀表關于其它阻抗參數測量精度的技術指標。
對于低損耗 (D 值很低，Q 值很高 ) 器件，R 值相對于 X 值而言是非常小的。R 值的細小變化將會引起 Q 值的很大變化，如圖 4-2 所示。
圖 4-2. Q 值測量誤差的示意圖如果測量結果的誤差跟所測到得的 R 的值相近似的話，就會導致 D 或 Q 值的測量結果是負數的現象。
需要時刻注意的是，測量結果的誤差包括儀表自身的測量誤差和測量夾具引起的誤差。
進行校準的目的是給儀表定義一個能夠保證測量精度的基準面，如圖 5-1 所示。通常都是在儀表的測量端口上進行校準，在測量時用校準數據對原始數據進行修正。
是德科技 Keysight Technologies 采用自動平衡電橋技術的儀表在出廠時或是在維修中心都做過基礎的校準，可以在一定時期內，不論在測量中對儀表進行何種設置，測量結果都可以達到儀表指標規定的測量精度，操作人員使用這種儀表時是不需要進行校準操作的。
對不采用自動平衡電橋技術的儀表而言，在儀表初始化和設置好測量條件之后，使用一套校準件對儀表進行基礎校準是必須的。在使用校準件對這類儀表進行校準時，這個提示所提供的信息是很有用的。
一些測量儀表還提供固定校準模式和用戶校準模式供使用者選擇。固定校準模式是在預先設定 ( 固定 )的頻率上對校準件進行測量得到校準數據。在固定校準頻點之間，校準數據可以通過內插法計算出來。
固定校準模式在固定校準頻率之間的頻點上的內插數據有時會存在較大的誤差，當測量頻率較高時這些內插校準數據的誤差可能會非常大。
用戶校準模式是在與實際測量中所選擇使用的頻率完全一樣的頻點上對校準件進行測量得到教準數據，對于一些具體的測量而言，用戶校準模式不會產生校準數據的內插誤差。
特別需要注意的是，用戶校準模式得到的校準數據僅對測量條件和校準條件 ( 指儀表的狀態 ) 完全一樣的情況有效。
圖 5-1. 校準面補償不同于校準，補償對提高測量精度的效果取決于儀器的校準精度，因次必須在校準完成之后再執行補償的操作。
如果可以把被測器件直接連在校準面上進行測量，那么儀表的測量結果是能夠達到指標所規定的精度要求的。但是，通常都會在校準面和被測器件之間連接一個測試夾具或適配器，因而必須對這種中間部件的殘留阻抗進行補償才可以得到精確的測量結果。
由測試夾具或適配器引起的測量誤差可能會非常大，而總的測量精度是由儀器的精度和被測器件與校準面之間的誤差源組成的。
驗證補償的效果是否能使隨后的測量正常進行是非常重要的。一般而言，在補償時，開路條件下的補償測量器件的阻抗值應當至少是被測器件阻抗值的 100 倍以上，而短路條件下的阻抗值應當低于被測器件阻抗值的 1/100。
開路補償可降低或消除雜散電容，而短路補償可降低或消除測量夾具引起的能夠導致誤差增大的殘留電阻和電感。
在進行開路或短路補償測量時，應該使補償器件兩個引腳 ( 即所謂 UNKNOWN 引腳 ) 之間的距離與實際測量時被測器件引腳之間的距離一樣，這樣可以保證補償測量和實際測量所碰到的寄生阻抗是一致的。
當測量端口被擴展到是德科技提供的標準夾具距離之外、或者用戶使用自己設計的測量夾具、或者在測量系統中還使用了掃描儀時 — 這些情況都涉及到在測量中又引入了額外的無源器件或電路 ( 例如巴侖、衰減器、濾波器等 )，那么在做補償時，
除了要做開路和短路補償之外，還要做負載補償。進行負載補償所用到的器件的阻抗值一定是已知的而且要精確，并且還應當選擇與被測器件的阻抗 ( 在全部的測試條件下 )
和尺寸類似的器件做負載補償器件。可把性能很穩定的電阻器或電容器當成負載補償測量器件使用。
在選擇補償器件時一種比較實際的做法是先用一個標準夾具，在進行完開路和短路補償之后再去測量準備當補償負載用的器件，用這種方法來確定負載補償器件的阻抗值，然后可以把這個阻抗值輸入給儀表作為補償測量標準件的值。
圖 6-1. 開路 / 短路補償通過電纜長度校正、端口擴展或電延遲，可將校準面擴展至測量電纜末端或夾具表面，這些種校正可降低或消除測量電路中的相移誤差
當需要把儀表的測量端口延伸使其遠離校準面時，如圖 7-1 所示，延長電纜的電氣特征會影響總的測量性能。以下這些辦法可以降低這些影響 :
● 盡量使用短的電纜來做測量端口的延伸。
● 使用高度屏蔽的同軸電纜，以阻隔外部噪聲產生的影響。
● 盡量使用損耗非常小的同軸電纜，因為在擴展測量端口的操作中是假設不存在電纜損耗的，因此損耗最小的電纜可以避免測量精度的劣化。
開路 / 短路補償無法減少由測試夾具引起的相移誤差。
在測量頻率達到射頻范圍時，應當在延長電纜的末端進行校準。如果在延長電纜的末端不能連接校準件，那么當延長電纜比較短而且特性很好時，可以用端口延伸來代替校準。
在使用自動平衡電橋儀表的情況下，如果測量電纜或延伸電纜是非標準的 ( 不是由安捷倫提供的 )，那么應該電纜或夾具的末端進行開路 / 短路 / 負載補償。安捷倫自動平衡電橋儀表所使用的端口延長標準電纜 (1、2 或 4 米 ) 使用電纜長度補償數據進行誤差校正，通常在使用時應該把這些標準延長電纜末端的屏蔽層連接到一起。
任何形式的端口擴展都有局限性，它們都會因為測量電路的損耗和 / 或相位偏移而引起測量誤差，在進行端口延伸之前必須要對這種操作的局限性有清楚的了解。
圖 7-1. 測量端口擴展高質量的電氣連接能夠確保進行精密的測量。每一次把被測器件與儀表或測量電纜、夾具進行連接時，接合面的特征都會隨著連接的質量而有所不同，接合面的阻抗失配會影響測試信號的傳播。
應當經常留意測試端口的接合表面、適配器、校準標準件、夾具連接器和測試夾具等的質量和狀態。連接的質量取決于以下因素 :
● 連接的組成部分
● 采用的技術
● 經常進行高質量維護
● 保證清潔度
● 按照標準要求保存儀表和部件
夾具和連接器連接的部分 - 俗話說“一環薄弱，全局必垮”。測量系統也是如此。如果測試系統中使用了低質量的電纜、適配器或夾具，那么系統的整體質量都會降到最低水平。
采用的技術 - 通過使用力矩扳手和一些常識，可確保在進行重復連接時不出現器件損壞。器件損壞包括配合表面的刮痕和變形。
經常進行高質量維護 - 多數測量部件接合表面的部分都是可以替換的，把已經多次使用而性能變差的部分換掉。有的部件接合表面的部分是不可以替換或修復的，那么應該定期用新的部件去替換舊的部件。
保證清潔度 - 使用無腐蝕性 / 無損溶劑 ( 例如去離子水和純異丙醇?) 和無塵布擦拭接合表面可以保證它們的阻抗不受油跡或其它雜質的影響。請注意，一些塑料在使用異丙醇時會發生性質的該變。
按照標準要求保存儀表和部件 - 如果儀器的包裝不提供附件袋，那么應當使用有蓋的塑料盒和塑料封套來保護所有未在使用狀態下的接合表面。
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