Präzise Messung komplexer elektrischer Impedanz mit Durchlauf von Frequenz, Testsignalpegel und DC-Bias

Ihre Anforderung

Die Impedanz von realen passiven Bauelementen wie Widerständen, Kondensatoren und Induktivitäten weicht abhängig von der Technologie und den Abmessungen des Bauelements stets vom Idealwert ab. Parasitäre Größen wie Induktivität und Widerstand von Anschlüssen sowie die Kapazität zwischen Spulenwindungen haben großen Einfluss auf die Eigenschaften des Bauelements. Die Impedanz von parasitären Größen hängt weitgehend von der Frequenz ab. Dies muss man beim Design von elektronischen Schaltung berücksichtigen.

Ersatzschaltbilder von passiven Bauelementen

Die Eigenschaften von passiven Bauelementen hängen bis zu einem gewissen Grad von der Amplitude des angelegten Wechselstrom- bzw. Spannungssignals und von einem überlagerten DC-Bias ab. In den nächsten Abschnitten werden zwei Beispiele erläutert.

Abhängigkeit der Spule

Das in Induktivitäten und Transformatoren verwendete Spulenmaterial zeigt stets ein nichtlineares Verhalten. Bei kleinen Magnetfeldern führt die Koerzitivkraft zu Hystereseverlusten. In starken Magnetfeldern nähert sich der magnetische Flux der Sättigung. Der Verlust in der Induktivität nimmt mit steigender Signalamplitude und mit wachsendem überlagertem Gleichstrom zu.

Abhängigkeit der Kapazität

Bei Keramikkondensatoren kann die Dielektrizitätskonstante von dielektrischem Material mit hoher Permittivität je nach angelegter Feldstärke stark variieren. Folglich verändert sich die Kapazität von Kondensatoren aus solchen Materialien mit der angelegten DC-Vorspannung.

Lösung von Rohde & Schwarz

Die R&S®LCX LCR-Meter ermöglichen eine präzise Messung der komplexen Impedanz von passiven Bauelementen im Frequenzbereich von 4 Hz bis 300 kHz bzw. bis zu einem Maximum von 10 MHz. Mit den dynamischen Impedanzmessfunktionen der Option R&S®LCX-K106 Erweiterte Analysefunktionen werden die Messungen unter Durchlauf von Testsignalfrequenz bzw. Pegel oder Bias durchgeführt. Zudem werden die Ergebnisse in einer Protokolldatei gesammelt. Dank der integrierten ChartView-Funktion erhält man einen schnellen, aussagekräftigen Überblick, der die Abhängigkeit der Messergebnisse in Bezug auf die durchlaufenen Parameter zeigt.

Eine Fülle von Konfigurations- und Visualisierungsmöglichkeiten kommt mit dem kostenlosen R&S®LCX Sweep-Tool hinzu, das auf der Rohde & Schwarz-Website zur Verfügung steht. Das Anwenderprogramm ermöglicht die Fernsteuerung des R&S®LCX in Kombination mit einem Durchlauf von Frequenz, Testsignalpegel oder DC-Bias. Komplexe Impedanz und Scheinleitwert sowie Induktivität, Kapazität, Qualität und Verlustfaktor, Wirkwiderstand und Blindwiderstand werden in Diagrammen in Abhängigkeit der durchlaufenen Parameter grafisch dargestellt. Darüber hinaus werden Impedanz und Scheinleitwert auf der komplexen Ebene in Nyquist-Diagrammen aufgezeigt.

Fazit

Die R&S®LCX LCR-Meter sind die ideale Lösung, um komplexe Impedanz, Wirkwiderstand, Induktivität und Kapazität von passiven Bauelementen sowie deren Abhängigkeit in Bezug auf Frequenz, Signalpegel und DC-Bias präzise zu messen. Das R&S®LCX Sweep-Tool (Application Note 1GP132) bietet mit komfortablen Automatisierungs- und Diagrammfunktionen einen zusätzlichen Mehrwert. Für komplexere Applikationen ist der Impedanzanalysator von Zurich Instruments MFIA eine perfekte Ergänzung zu den R&S®LCX LCR-Metern.