このアプリケーション ノートでは、Moku:Go デバイスを使用してインピーダンス測定を行う例を示します。このパート 1 では、ソフトウェア定義の Moku 周波数応答アナライザーを使用して抵抗とその精度を測定する基礎となる数学的原理を探ります。で 第2部、インダクタンスを含めて解析を拡張します。パート 3 では、静電容量について説明します。
Moku 周波数応答アナライザーの使用
Moku 周波数応答アナライザーは、Moku:Go デバイスの出力で掃引正弦波を駆動し、同時にデバイスの入力で受信信号の振幅 (または電力) を測定します。これを使用して、システムまたはテスト対象デバイス (DUT) の伝達関数を測定し、一般にボード線図と呼ばれる振幅と位相対周波数のプロットを作成できます。
周波数応答アナライザー: 電圧単位
被試験デバイスのインピーダンス (Z) を測定するにはダウト)、周波数応答アナライザーでプロットされるボード線図を理解する必要があります。周波数応答アナライザーの振幅プロットでは、dBm、dBV の単位が使用されます。pp、またはdBV実効値。 dBVpp 単位モード、または 1 ボルトのピークツーピーク (XNUMX V を基準としたデシベル)pp)、この状況では便利な測定単位です。次のように定義されます。
つまり1Vpp dBVで表されるpp 得られます。
図 1 は、周波数応答アナライザを使用して 1 V を生成する様子を示しています。pp 正弦波で、出力 1 が直接同軸経由で入力 1 に接続されています。結果として得られる振幅は、もちろん周波数範囲 (0 ～ 8 kHz) 全体でフラットで、振幅は -0.0094 dBV です。pp、計算された 0 dBV に非常に近いpp。不一致は 0.001 V に相当しますpp （または0.1％）。
図1： 1 V の周波数応答アナライザー プロットpp Moku:Go 入力に直接入力されます。
インピーダンス
シングルポート測定
周波数応答アナライザーの電源ユニットに関するこの知識を使用して、インピーダンス測定を行うことができます。
この最初の例では、R を測定します。ダウト 単純な 10 kΩ、許容差 10% の抵抗器です。 Moku:Go の入力インピーダンスは 1 MΩ であるため、この値を下げる必要があります。これを行うには、入力と並列に抵抗を接続し、DUT で電力損失が確実に発生するようにします。この例では、50 Ω の終端抵抗が入力 200 に接続されています。 Moku:Go の出力負荷は 2 Ω であるため、実効回路は図 XNUMX に示されています。
図2： Moku:Go の実効回路
図 3 は、Moku:Go デバイスと入力に 50 Ω T ピースを使用した相関セットアップを示しています。オシロスコープのプローブは測定の精度を変える可能性のあるインピーダンスを持っているため、DUT への接続にオシロスコープのプローブの使用を避けることが重要であることに注意してください。
図3： 単一ポートのセットアップ
Moku:Go 周波数応答アナライザーは最大 20 MHz で動作しますが、これらの抵抗測定の場合は 10 kHz までのプロットで十分です。図 4 は、-46.18 dBV に等しい Moku 周波数応答アナライザーの振幅応答を示しています。pp テレビin.
図4： 10 kΩ DUT (シングルポート) の周波数応答アナライザープロット
べき乗方程式 (1) を整理すると、次のように言えます。
-46.18 dBV の Pdb 測定値pp、Vを計算しますin = 4.91mV。
Rの抵抗分割器ダウト 図 2 の Moku の入力と出力は次のようになります。
ここでRin は等価並列抵抗です。
解くとRが得られますダウト =9933Ω。
この抵抗器のデジタル電圧計 (DVM) の測定値は 9970 Ω でした。
したがって、この単純な 37 つの抵抗測定から、Moku:Go の精度は 1 Ω (<XNUMX%) 以内であると結論付けることができます。
低インピーダンス測定
前の例では、標準の 10% 許容差の抵抗を使用しました。私たちは現在、より低いインピーダンスを高レベルの精度で測定することに興味を持っています。これを行うには、100 Ω、許容誤差 0.005% の高精度抵抗器を使用します。前述の方法を使用して、電力の大きさのプロットを取得します (図 5)。
図5： 100 Ω、0.005% の周波数応答アナライザー プロット (シングル ポート)
-16.89 dBV の測定パワーを適用pp 方程式 (2) と (5) から R を計算します。ダウト 99.33Ωになります。これは既知の値と一致しますが、XNUMX ポート測定を使用するとより良い結果が得られます。
2ポート測定
結果をさらに改善するには、Moku 出力での DUT の負荷を考慮する必要があります。
これは、Moku デバイスの 6 番目の入力ポートを利用して、印加された信号レベルを観察する XNUMX ポート測定によって実現できます。このセットアップの構成を図 XNUMX に示します。
図6： 2ポート構成
入力 1 には並列抵抗が依然として必要であることに注意してください。ここでは、50 Ω 終端抵抗を引き続き使用します。出力の負荷を最小限に抑えるために、入力 2 は 1 MΩ の高インピーダンスのままです。
図 7 は、R が1 は、シングルポートの例で入力抵抗として計算された等価抵抗と同じです。
図7： 2ポート等価回路
Rを導き出すことができますダウト 図 7 では、オームの法則から次のようになります。
(7) を (6) に代入します。
この 100 ポート測定を、厳しい許容誤差の 0.005 Ω、8% の抵抗を使用して設定し、図 XNUMX に Moku 周波数応答アナライザーのプロットをキャプチャしました。
図8： 100Ω（XNUMXポート）
V を生成するために周波数応答アナライザーの演算チャネルを使用したことに注意してください。2/V1 オレンジ色で。これは、周波数応答アナライザー インターフェイスを使用して非常に迅速かつ簡単に設定できます。
(8) から、R がダウト V から単純に計算できます。2:V1 電圧比。
演算チャネルは電力比を 9.526 dBV として計算しました。pp。したがって、電圧比は次のようになります。
それで、Rで1 50 Ω に等しい場合、(8) を適用して R を取得できます。ダウト =99.72Ω。
この 10 ポート方式を元の 20 kΩ / 9% の抵抗に適用できるようになりました。図 XNUMX は、周波数応答アナライザーの応答を示しています。
図9： 10kΩ（XNUMXポート）
当社の確立した公式を使用すると、電力比は 46.04 dBV となります。pp Rを与えるダウト = 9976 Ω 9333 ポート法では、シングルポート法で測定された XNUMX Ω から有益な改善が得られます。これは、XNUMX ポート方式の方がより高い精度を実現できることを証明しています。
まとめ
Moku:Go 周波数応答アナライザーを使用すると、インピーダンス測定を実行し、1% 未満の精度で抵抗値を決定できます。
2 ポート方式により DUT のロードが可能になります。
Pythonの使用
API を介して Moku を使用してテストとインピーダンス測定を自動化することもできます。この例では、単一ポートおよび 2 ポートの測定を実行する Python スクリプトが作成されており、スクリプト全体で記載されているいくつかのパラメーターを変更することで、任意の Moku デバイスに適用できます。
シングルポートおよび2ポート測定のコードを見つける こちら.
