本应用笔记介绍了使用 Moku:Go 设备进行阻抗测量的示例。 在第 1 部分中，我们将探索使用软件定义的 Moku 频率响应分析仪测量电阻及其准确性的基本数学原理。 在 部分2，我们将分析范围扩大到包括电感。 在第 3 部分中，我们将探讨电容。
使用 Moku 频率响应分析仪
Moku 频率响应分析仪在 Moku:Go 设备的输出上驱动扫频正弦波，并同时测量设备输入上接收到的信号幅度（或功率）。 这可用于测量系统或被测设备 (DUT) 的传递函数，从而创建幅度和相位与频率的关系图，通常称为波特图。
频率响应分析仪：电压单位
测量被测设备的阻抗（Z杜特），我们需要了解频率响应分析器中绘制的波特图。 频率响应分析仪幅度图使用 dBm、dBV 为单位pp，或分贝V有效值。 分贝值pp 单位模式，或相对于一伏峰峰值（1 Vpp)，在这种情况下是一个方便的测量单位。 定义为：
所以1Vpp 以 dBV 表示pp 给出：
图 1 显示了使用频率响应分析仪生成 1 Vpp 正弦波，输出 1 通过同轴电缆直接连接到输入 1。当然，所得幅度在整个频率范围 (0-8 kHz) 内是平坦的，幅度为 -0.0094 dBVpp，非常接近计算的 0 dBVpp。 差异相当于 0.001 Vpp （或 0.1%）。
图1： 1 V 的频率响应分析仪图pp 直接驱动到 Moku:Go 输入
阻抗
单端口测量
有了频率响应分析仪电源装置的知识，我们现在可以进行阻抗测量。
在第一个示例中，我们将测量 R杜特 一个简单的 10 kΩ、10% 容差电阻器。 由于 Moku:Go 的输入阻抗为 1 MΩ，因此我们需要降低该值。 我们可以通过在输入端并联一个电阻来确保功耗发生在 DUT 上。 在此示例中，50 Ω 终端电阻连接到输入 200。 Moku:Go 上的输出负载为 2 Ω，因此有效电路如图 XNUMX 所示：
图2： Moku:Go 的有效电路
图 3 显示了在输入端使用 Moku:Go 器件和 50 Ω T 形件的相关设置。 请注意，避免使用示波器探头连接到 DUT 非常重要，因为探头的阻抗可能会改变测量的准确性。
图3： 单端口设置
Moku:Go 频率响应分析仪的运行频率高达 20 MHz，但对于这些电阻测量，绘制到 10 kHz 的图就足够了。 图 4 显示 Moku 频率响应分析仪幅度响应等于 -46.18 dBVpp 一台电视in.
图4： 10 kΩ DUT（单端口）的频率响应分析仪图
重新排列幂方程（1）我们可以说：
测得的 Pdb 为 -46.18 dBVpp，我们计算Vin = 4.91 毫伏。
R的电阻分压器杜特 图 2 中的 Moku 输入和输出为我们提供了：
哪里Rin 是等效并联电阻：
求解得到 R杜特 = 9933Ω。
该电阻的数字电压表 (DVM) 读数显示为 9970 Ω。
因此，从这个简单的单电阻测量中，我们可以得出结论：Moku:Go 的准确度在 37 Ω (<1%) 以内。
低阻抗测量
前面的示例使用了标准 10% 容差电阻器。 我们现在感兴趣的是以高精度测量较低的阻抗。 为此，我们将使用 100 Ω、0.005% 容差的高精度电阻器。 使用之前的方法，我们获得了功率幅值图（图 5）。
图5： 100 Ω、0.005% 的频率响应分析仪图（单端口）
应用测得的功率 -16.89 dBVpp 根据方程 (2) 和 (5) 我们计算 R杜特 为 99.33 Ω。 这与已知值一致，但我们可以通过双端口测量做得更好。
二端口测量
为了进一步改善我们的结果，我们需要考虑 Moku 输出上 DUT 的负载。
我们可以通过双端口测量来实现这一点，利用 Moku 器件的第二个输入端口来观察所施加的信号电平。 该设置的配置如图 6 所示。
图6： 两端口配置
请注意，输入 1 仍需要并联电阻。这里，我们将继续使用 50 Ω 终端电阻。 为了确保输出负载最小，输入 2 保持 1 MΩ 的高阻抗。
图 7 显示 R1 与单端口示例中计算为输入电阻的等效电阻相同。
图7： 二端口等效电路
我们可以推导R杜特 在图 7 中，根据欧姆定律：
将(7)代入(6)：
我们使用严格公差 100 Ω、0.005% 电阻器设置此双端口测量，并捕获图 8 中的 Moku 频率响应分析仪图。
图8： 100Ω（双端口）
请注意，我们使用频率响应分析仪的数学通道来生成 V2/V1 橙色。 使用频率响应分析器界面可以非常快速且简单地进行配置。
由式(8)可知，R杜特 可以简单地从V计算2:V1 电压比。
数学通道计算出的功率比为 9.526 dBVpp。 因此，电压比为：
所以，用 R1 等于50Ω，我们可以应用（8）来获得R杜特 = 99.72Ω。
我们现在可以将这种二端口方法应用到原来的 10 kΩ / 20% 电阻上； 图 9 显示了频率响应分析仪的响应。
图9： 10 kΩ（双端口）
使用我们建立的公式，功率比为 46.04 dBVpp 给出 R杜特 = 9976 Ω 双端口方法比单端口方法测量的 9333 Ω 得到了有益的改进。 这证明二端口方法具有更高的准确度。
总结
Moku:Go 频率响应分析仪可用于进行阻抗测量并以 <1% 的精度确定电阻值。
双端口方法允许加载 DUT。
使用 Python
您还可以通过 API 使用 Moku 自动执行测试和阻抗测量。 在此示例中，创建了一个 Python 脚本来进行单端口和双端口测量，您可以通过更改一些参数将其应用于任何 Moku 设备，这些参数在整个脚本中都有注明。
查找单端口和双端口测量的代码 此处.
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