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R&S®Essentials | Princípios básicos dos medidores LCR

Escolha o instrumento correto: Medidor LCR vs. VNA

Autor: Shivam Arora, gerente de produtos para fontes de alimentação e medidores LCR

Os Medidores LCRe os analisadores de redes vetoriais (VNA)são dois instrumentos poderosos para a engenharia de radiofrequência e micro-ondas, cada um desempenha um papel crucial na caracterização das funcionalidades elétricas de componentes e dispositivos. Pode ser um pouco complexo saber qual deles você precisa. Mas não se preocupe! Entender a diferença entre esses dois instrumentos o ajudará a escolher o instrumento perfeito para suas necessidades específicas.

Como os medidores LCR funcionam

Os medidores LCR são usados para avaliar as funcionalidades elétricas de componentes passivos, como resistores, capacitores e indutores.

Aqui mostraremos uma descrição simplificada de como os medidores LCR funcionam:

  • Excitação de corrente alternada: Os medidores LCR aplicam um sinal de tensão ou corrente alternada ao dispositivo em teste (DUT).
  • Medição de tensão e corrente: O medidor LCR mede a tensão e a corrente no dispositivo em teste.
  • Cálculo da impedância: Usando os valores obtidos da medição da tensão e da corrente, o medidor LCR calcula a impedância do dispositivo em teste.
  • Exibição e análise: Os valores de impedância que foram calculados são exibidos como valores numéricos, gráficos ou diagramas. Você pode utilizar esses dados para entender as características eletrônicas do dispositivo em teste.
Exibição do medidor LCR R&S®LCX
Medidor LCR R&S®LCX

Medição da impedância do medidor LCR

Os medidores LCR aplicam um sinal de corrente alternada ao dispositivo em teste e medem a proporção complexa da tensão e da corrente resultantes. Usando essas informações, eles calculam a impedância do dispositivo em teste. A impedância é representada na forma retangular (plano de Argand-Gauss) como:

Z = R + jX

em que R é a resistência e X é a reatância, que pode ser indutiva (positiva) ou capacitiva (negativa). O ângulo de fase (j) representa a diferença de fase entre a tensão e a corrente no circuito.

Medição da impedância do medidor LCR

Medição da impedância do analisador de redes vetoriais (VNA)

Diferentemente dos medidores LCR, os VNAs não são específicos para medir a impedância. No entanto, eles são geralmente usados para medir indiretamente a impedância de um dispositivo em teste em altas frequências, quando a adaptação de impedância e a caracterização exata são cruciais para a funcionalidade adequada.

O VNA mede dois parâmetros de dispersão, também chamados de parâmetros S: um representa o coeficiente de reflexão na entrada do dispositivo em teste, já o outro representa o coeficiente de transmissão da saída do VNA para a entrada do dispositivo em teste. A partir disso, o VNA calcula a impedância:

Z = Z0 ((1+S11)/(1-S11)) * (1+S21)/(1-S21))

em que Z é a impedância do dispositivo em teste; Z0 é a impedância de referência do VNA (geralmente definida como 50 ohms); S11 é o coeficiente de reflexão medido; e S21 é o coeficiente de transmissão medido.

Exibição do analisador de redes vetoriais R&S®ZNA
Analisador de redes vetoriais R&S®ZNA
Exibição do analisador de redes vetoriais R&S®ZNBT
Analisador vetorial de redes R&S®ZNBT
Exibição do analisador de redes vetoriais R&S®ZNB
Analisador de redes vetoriais R&S®ZNB
Exibição do analisador de redes vetoriais portátil R&S®ZNH
Analisador de redes vetoriais portátil R&S®ZNH

Medidor LCR vs. VNA - vantagens e desvantagens

A principal diferença entre um medidor LCR e um VNA é que o VNA usa uma impedância de referência fixa (Z0). Isso faz com que os VNAs sejam mais precisos e permite que eles sejam facilmente compatíveis com as linhas de transmissão. Essa adaptação de impedâncias elimina preocupações potenciais, como indutância e capacitância parasitas.

Por outro lado, os medidores LCR podem modificar sua impedância de referência com base no dispositivo em teste e em outros requisitos. Isso significa que eles produzem medições mais precisas, porém também significa que você precisa compensar o aparelho de fixação e os cabos, que eventualmente começarão a se comportar como elementos parasitas.

Os VNAs medem os parâmetros S, que podem ser convertidos em parâmetros de impedância. Os parâmetros S são fundamentais para entender a reflexão, a perda de transmissão e o isolamento de dispositivos de radiofrequência (por exemplo, um acoplador), e também para entender as propriedades da radiação (por exemplo, uma antena). Tudo isso significa que o VNA é importante quando se trabalha em faixas de frequência mais altas, de kHz a GHz. Os medidores LCR, por outro lado, são limitados a parâmetros de impedância e operam em uma faixa de frequência mais baixa, de corrente contínua a MHz.

Outro parâmetro de comparação é o número de portas suportadas. Os VNAs podem suportar dispositivos de várias portas, tais como acopladores, já os medidores de LCR só podem suportar componentes de porta única, como resistores, capacitores e indutores.

Principais diferenças entre o medidor LCR e o VNA

VNALCR
Impedância de referência 50 ohms Pode ser modificada de acordo com o dispositivo em teste
Faixas de frequência kHz - GHz CC - MHz
Portas suportadas 1, 2, …N 1
Parâmetros medidos Parâmetros de dispersão Impedância
Pode derivar outros parâmetros complexos Sim Não
Exemplos de dispositivos em teste Acopladores, antenas, etc. Resistores, capacitores, indutores
Orientação sobre preço Caro Econômico

Resumo:

  • Um medidor LCR é usado para medir a impedância de componentes eletrônicos passivos, como resistores, capacitores e indutores.
  • Um analisador de redes vetoriais (VNA) é usado para medir e caracterizar o comportamento de componentes e dispositivos de alta frequência por meio da análise de seus parâmetros S.
  • Os medidores LCR aplicam um sinal de corrente alternada ao dispositivo em teste e medem a tensão e a corrente resultantes para calcular a sua impedância.
  • Os VNAs medem dois parâmetros S, o coeficiente de reflexão e o coeficiente de transmissão, que podem ser utilizados para calcular a impedância.
  • A principal diferença entre os dois instrumentos é que o VNA tem uma impedância de referência fixa, enquanto o medidor LCR pode modificar a impedância de referência com relação ao dispositivo em teste.
  • Os medidores LCR atuam com mais exatidão, e os VNAs atuam com mais precisão.

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Medidor LCR R&S®LCX

Medidor LCR R&S®LCX

Principais características:

  • Faixa de frequência com possibilidade de upgrade para 10 MHz
  • Precisão básica de ±0,05 % para medições de impedância
  • Precisão básica de ±0,03 % para medições de impedância
  • Polarização de corrente contínua até 40 Volts

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