導入阻抗分析儀量測曲線至 Simplorer
本節用薄膜電容的量測資料來作導入Simploer電路模擬的範例,來為大家做NDE 匯入阻抗模型的使用介紹。
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本節用薄膜電容的量測資料來作導入Simploer電路模擬的範例,來為大家做NDE 匯入阻抗模型的使用介紹。
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阻抗分析儀(Impedance Analyzer)是一種用來測量電子元件和電路的阻抗特性的儀器。阻抗是由電阻(Resistive)、電感(Inductive)和電容(Capacitive)組成的綜合性質,這些元件的阻抗會隨頻率變化。阻抗分析儀在電路設計、材料研究和元件測試等領域中應用廣泛。其主要功能和特點如下:
頻率範圍廣:阻抗分析儀可以在寬廣的頻率範圍內測量阻抗,通常涵蓋幾赫茲(Hz)到幾百兆赫茲(MHz),甚至到吉赫茲(GHz)範圍。
高精度測量:提供高精度的阻抗測量,包括非常小的電阻值和非常高的電感或電容值。
多種測量模式:支援多種測量模式,如串聯模式(Series Mode)、並聯模式(Parallel Mode),以適應不同的測試需求。
參數計算:除了測量阻抗值外,還可以計算並顯示其他相關參數,如電容(C)、電感(L)、電阻(R)、品質因數(Q)、損耗因數(D)等。
自動掃描與介面與數據處理:可以自動掃描設定的頻率範圍,生成阻抗隨頻率變化的曲線圖,便於分析元件的頻率響應特性。新世代的分析儀通常配有友好的用戶介面(UI)和數據處理功能,並支持與電腦連接,便於數據存儲和分析。
應用範圍廣泛:阻抗分析儀廣泛應用於材料研究(如電介質材料的介電特性測量)、電子元件測試(如電容器、電感器的測試)、電路設計和故障排除等領域。
圖1-6是節錄自Keysight E4990A User Manual的使用手冊,介紹了不同阻抗分析儀和向量網路分析儀的特性及其測量方法。在電力電子使用量測阻抗有多種型號可以給使用者選用,例如Keysight E4990A和E4991B就有其不同。
E4990A在寬阻抗範圍內具有高精度且具有高穩定性測量,但不適用於高頻範圍;E4990B在高頻範圍內具有高精度,但其操作頻率範圍受測試頭中使用的變壓器限制。
還有一種常被使用的是量測高頻阻抗的向量網路分析儀,其具有寬頻率範圍與高速測量的優點。但其缺點是狹窄的阻抗測量範圍和狹窄的阻抗測量範圍,
每個儀器的頻率範圍和量測精度都不同(如圖1-7所示)。在量測阻抗時務必小心選用,選擇適合的儀器才能量測到開發者預期的資料。
導入NDE的資料,可以是S參數或是阻抗,其中阻抗能使用Real and Imaginary 或Magnitude and Phase來表示。這邊的資料可以是量測參數抑或是模擬的參數,本節舉一個量測參數為例;下節我們會介紹導入量測參數的方法。
這裡我們舉一個例子應用來介紹。首先利用阻抗分析儀量測薄膜電容的阻抗曲線,並將量測資料存成csv的檔案格式,其中量測資料包含頻率、大小與相位。
利用文本編輯器打開並編輯成Touchstone 1.0格式,如圖1-8。Touchstone 1.0格式可以參考最後的補充說明。
完成Touchstone的格式後,我們利用NDE把剛剛的檔案打開,如圖1-9、1-10所示。藉由這幾個步驟,我們可以在NDE中把阻抗和相位曲線繪出。
在上方的功能區中,我們可以點選Causality來確認檔案的頻率前後因果性,確保資料的參考性(請參考下節)。下面點選Broadband功能來做資料的輸出。細部的選項設定可以參考圖1-11。
特別注意在這邊的範例是不勾選Use common ground的選項,使輸出的引腳可以產生。
輸出檔案後,在資料夾中會看到有一個副檔名sml格式的資料。利用Twin Builder的匯入工具,我們可以把資料放到元件庫中做使用。請參考圖1-12。
元件資料庫中剛剛新增的元件來自我們的量測資料,可以用於DC、AC、TR(暫態)分析。由Twin Builder中的阻抗分析,確認到匯入的元件(圖1-13)確實響應和量測資料一致。