Misura di impedenze

Misura di impedenze
Impedenza
in un bipolo misura opposizione al passaggio di corrente.
Im
Re
Es.: impedenza di trasferimento:
anche in quadripoli o in sistemi a più terminali:
è espressa da un numero complesso.
Misura di impedenze – p.1/37
Coefficiente di qualità
impedenza parallelo:
impedenza serie:
Esprime la “purezza” di un elemento reattivo.
Misura di impedenze – p.2/37
impedenza parallelo:
impedenza serie:
Coefficiente di dissipazione/perdita
Misura di impedenze – p.3/37
Impedenze reali
Non esistono impedenze “pure”
Misura di impedenze – p.4/37
Modelli di impedenze
Esempio:
Misura di impedenze – p.5/37
Modelli di impedenze
Esempio:
Misura di impedenze – p.6/37
Modelli di impedenze
Analogamente:
Misura di impedenze – p.7/37
Impedenze reali
Strutture composite, tessuti biologici ...
?
?
Misura di impedenze – p.8/37
Impedenze reali
Dipendenza (dei parametri) da:
- frequenza
- tensione applicata, corrente
- livello di segnale
- temperatura, umidità, tempo (invecchiamento)
- campo magnetico
- ...
Strumenti anche di elevata complessità
Misura di impedenze – p.9/37
Misura di impedenze
Metodi di misura:
- confronto di corrente/tensione;
- metodi a ponte
(derivati da p. di Wheatstone);
- risonanza;
- costante di tempo;
- metodo voltamperometrico;
- coefficiente di riflessione;
- ...
- ponte autobilanciato.
Misura di impedenze – p.10/37
.
e misurare tensione
e misurare corrente .
(
, )
! misure “vettoriali”
- imporre corrente
- imporre tensione
Metodo di misura
Misura di impedenze – p.11/37
) e misurare
(e
basta misurare
basta conoscere
Confronto di tensione
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Risonanza
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Risonanza (2)
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Costante di tempo
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Metodo voltamperometrico
anche con trasformatore
(limiti alle bb. ff.)
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Coeff. di riflessione
misura del rapporto tra segnale incidente e segnale riflesso in linea di
.
trasmissione terminata con
Misura di impedenze – p.17/37
Ponte autobilanciato (sch. di principio)
metodo voltamperometrico:
Principio:
modulo e fase !! (strumento vettoriale);
: fattore di scala.
Misura di impedenze – p.18/37
DISPLAY
V−metro
vettoriale
Ponte autobilanciato (sch. di principio)
proc.
( ).
necessità di misurare la tensione su
, serie/parallelo . . .
Da utente:
Misura di impedenze – p.19/37
Voltmetro vettoriale
AC-DC
DISPLAY
CAMP.
GEN. IMP.
traslazione a freq.
CAMP.
Conversione a campionamento
traslazione a freq.
AC-DC
Misura:
- Re e Im (fase e quadratura)
- sfasamento
- ampiezze, rapporto tra ampiezze, anche in dB
Misura di impedenze – p.20/37
Voltmetro vettoriale
Conversione a campionamento
CAMP.
V. T. O.
DISCR.
DI FASE
DISPLAY
CAMP.
GEN. IMP.
AC-DC
AC-DC
Misura:
- Re e Im (fase e quadratura)
- sfasamento
- ampiezze, rapporto tra ampiezze, anche in dB
Misura di impedenze – p.21/37
Voltmetro vettoriale - impieghi
Misure di trasferimento
Voltmetro Vettoriale
perc. di misura
1 2
perc. di riferimento
-
-
Es.: HP 8508A (fuori produzione, dati del 1988):
- Processore numerico
- Display numerico
- Interfaccia HP-IB, uscite analogiche
Misura di impedenze – p.22/37
A.O. solo per “basse” frequenze (
kHz)
più alte
altre soluzioni circuitali per
Ponte autobilanciato (limiti)
R.Z.
R.Z.: pilota
X
Misura di impedenze – p.23/37
Rivelatore di zero
Misura di impedenze – p.24/37
Ponte autobilanciato (analisi)
Th. di Miller:
Misura di impedenze – p.25/37
Ponte autobilanciato
), dipende da
- Range (per
specifiche
(!)
- Accuratezza (dipende da , livello di segnale, ...)
- Livello di segnale (per talune applicazioni definito da normativa)
- Tempo di misura (assestamento, bilanciamento, ...): particolarmente
significativo per misure in linea di produzione.
- Temperatura di funzionamento.
Misura di impedenze – p.26/37
- parametri misurati:
Agilent 4263B - specifiche
mV;
,
,
1V ,
mV
- liv. segnale:
- frequenze: 100 Hz, 120 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz, (opt. 20 kHz);
- tempo di misura: 25 ms;
)
- opt. Misure su trasformatori (
- accuratezza (base): 0.1% lettura;
Misura di impedenze – p.27/37
110 MHz,
mHz;
1V ;
;
- range: 3 m
- livello di segnale: 5 mV
- range di frequenze: 40 Hz
- parametri misurati:
Agilent 4294A - specifiche
- polarizzazione:
- accuratezza (base): 0.08% lettura;
;
- display grafico a colori, 6 cifre;
- programmabile via GPIB.
Misura di impedenze – p.28/37
Ponte autobilanciato (collegamento del campione)
Errori sistematici:
3 terminali:
A
V
A
V
2 terminali:
Misura di impedenze – p.29/37
Ponte autobilanciato (collegamento del campione)
4 terminali:
V
Lpot
Hcur
Hpot
Hpot
sullo strumento:
Lcur
A
Hcur
Lpot
Lcur
Misura di impedenze – p.30/37
inconvenienti (piccole
Ponte autobilanciato (collegamento del campione)
):
A
V
Misura di impedenze – p.31/37
Ponte autobilanciato (collegamento del campione)
4 coppie di terminali:
A
V
Misura di impedenze – p.32/37
Ponte autobilanciato
2 terminali:
(collegamento del campione)
Hcur
Hpot
V
A
Lpot
Lcur
3 terminali: (cavo coassiale)
A
V
Hcur
Hpot
Lpot
Lcur
Misura di impedenze – p.33/37
Ponte autobilanciato
(collegamento del campione)
4 terminali:
V
Lpot
Hcur
Hpot
Hpot
Lcur
A
Hcur
Lpot
Lcur
Misura di impedenze – p.34/37
Ponte autobilanciato
(collegamento del campione)
4 coppie di terminali:
Hcur
Hpot
V
Lpot
Lcur
A
Misura di impedenze – p.35/37
Impedenzimetri
Osservazioni:
- nel caso di impedenze di strutture composite (materiali, tessuti
biologici), più che parlare di misure di impedenza si dovrebbe parlare
, ecc.) di impedenze;
di misura di parametri (
- importanza della test fixture;
- calibrazione/compensazione (0, open, load);
- collegamenti lunghi;
- prove su wafer;
,
- misure su trasformatori (
- , livello di segnale);
, capacità tra avvolgimenti, ...)
- misure su giunzioni: (curve
Misura di impedenze – p.36/37
Impedenzimetri - errori
correzione “open”
correzione “short”
senza correzione
Correzione dell’errore
eventuali correzioni con impedenze “standard”
Misura di impedenze – p.37/37