22
РАЗДЕЛ 1.3 АНАЛИЗАТОР ИМПЕДАНСА (IMPENDANCE ANALYZER)
Импедансом называется комплексная величина, равняя отношению комплексного значения напряжения на элементе к комплексной величине силы тока, протекающего через элемент. В частном случае идеального резистора импеданс является действительной величиной и равен его сопротивлению. В случае идеального конденсатора его сопротивление равно бесконечности, поскольку постоянный ток не течет через емкость. Сопротивление идеальной катушки индуктивности должно быть равно нулю.
Ситуация сильно изменяется, если рассматривать прохождение через цепь переменного электрического тока, когда проявляются так называемые «реактивные» свойства элементов: падение напряжения на идеальной катушке индуктивности уже перестает быть равным нулю, а конденсатор начинает пропускать переменный электрический ток. В этом случае удобно оперировать с понятием импеданса элементов, которое всегда связывает ток и напряжение на них подобно сопротивлению.
Как уже было сказано, импеданс резистора является действительной величиной равной его сопротивлению. Он может быть представлен на двумерной плоскости как отрезок, отложенный вдоль оси X, часто называемый реальной составляющей. Для идеальной ёмкости импеданс XC является мнимой величиной, зависящей от частоты переменного тока, и может быть представлен на двумерной плоскости как отрезок вдоль оси Y (реактивная составляющая). Математически, реактивная составляющая ёмкости может быть представлена в следующем виде (ω – угловая частота электрического тока (измеряемая в рад/сек), С – емкость конденсатора и i – мнимая единица):
XC=1/(i×ω×C)
Импеданс идеальной катушки индуктивности может быть представлен в следующем виде (L – индуктивность катушки):
XL=i×ω×L
Импеданс RLC-контура является последовательной суммой импедансов всех компонент:
ZRC=R+XC+XL=R+i×(ω×L- 1/(ω×C))
С другой стороны это может быть представлено как вектор в полярных координатах с амплитудой A=(R2+XC2+XL2)1\2 и фазой θ=tg-1((XC+XL)/R).
Резистор в полярных координатах представляет собой вектор, направленный вдоль действительной оси X. Ёмкость в полярных координатах представляет собой вектор, направленный вдоль отрицательного направления мнимой оси Y. Индуктивность в полярных координатах представляет собой вектор, направленный вдоль положительного направления мнимой оси Y.
ni.russia@ni.com |
ni.com/russia |
23
Для демонстрации поведения такого вектора на полярной плоскости в реальном времени выберете в диалоговом окне NI ELVISmx Instrument Launcher иконку с названием Imped. На экране появится лицевая панель ВП NI ELVISmx Impendance Analyzer.
На макетной плате NI ELVIS II найдите контактную полосу соответствующую Impendance Analyzer и установите резистор в контактные разъёмы напротив меток DUT+ и DUT-. Удостоверьтесь в том, что резистивное сопротивление в полярных координатах имеет только действительную составляющую, а фаза равна нулю. Далее к тем же самым контактным разъёмам подсоедините ёмкость. Удостоверьтесь в том, что у неё отсутствует действительная составляющая и вектор импеданса направлен вдоль отрицательного направления мнимой оси, а фаза равна либо 270, либо -90 градусам. Проведите аналогичные измерения импеданса катушки индуктивности.
Регулируя параметр Measurement Frequency наблюдайте уменьшение реактивной составляющей (длины вектора импеданса) при увеличении частоты переменного электрического тока в случае с емкостью и увеличение реактивной составляющей при увеличении частоты тока в случае с индуктивностью.
Теперь измерьте импеданс цепочек из последовательно соединённых резистора, ёмкости и индуктивности. Такой электрический контур имеет как действительную, так и мнимую составляющие импеданса. Изменяя частоту переменного электрического тока, наблюдайте за движением вектора импеданса на полярной плоскости.
© 2009 National Instruments Россия, СНГ и Балтия. Все права защищены.
24
Регулируя частоту, добейтесь того, чтобы реактивная и резистивная компоненты импеданса сравнялись. При таком значении частоты, фаза равна 45 градусам, а комплексная амплитуда A=R/√2.
Замечание. Будьте внимательны, чтобы электрический контур не был подсоединён к «земле».
ni.russia@ni.com |
ni.com/russia |