벡터 임피던스 미터란 무엇인가?

벡터 임피던스 계측기는 무엇인가?

벡터 임피던스 계측기 정의

벡터 임피던스 계측기는 AC 회로에서 임피던스의 진폭과 위상각을 모두 측정하는 장치로 정의됩니다.

진폭과 위상각 측정

이 계측기는 저항과 알려지지 않은 임피던스를 가로지르는 전압 강하를 평가하여 극형식으로 임피던스를 결정합니다.

등전압강하법

이 방법은 가변 저항과 알려지지 않은 임피던스 사이에 동일한 전압 강하를 생성하여 임피던스 값을 찾습니다.

여기서 두 개의 저항이 동일한 저항 값을 가지고 있습니다. RAB의 전압 강하는 EAB이고, RBC의 전압 강하는 EBC입니다. 두 값은 동일하며 입력 전압(EAC)의 절반과 같습니다.

값을 얻어야 하는 임피던스(ZX)와 직렬로 연결된 가변 표준 저항(RST)이 있습니다. 등전압강하법은 알려지지 않은 임피던스의 크기를 결정하는 데 사용됩니다.

이는 가변 저항과 임피던스(EAD = ECD) 사이에 동일한 전압 강하를 달성하고, 이 조건을 충족하기 위해 필요한 캘리브레이트된 표준 저항(여기서는 RST)을 평가함으로써 이루어집니다.

임피던스의 위상각(θ)은 BD 간의 전압 읽기(EBD)로부터 얻을 수 있습니다. 미터의 편차는 연결된 알려지지 않은 임피던스의 Q 인자(품질 인자)에 따라 변동합니다.

진공관 볼트미터(VTVM)는 0V부터 최대값까지의 교류 전압을 읽습니다. 전압 읽기가 0V일 때, Q 값은 0이고 위상각은 0도입니다. 전압 읽기가 최대값이 될 때, Q 값은 무한대로 증가하고 위상각은 90도가 됩니다.

EAB와 EAD 사이의 각도는 θ/2(알려지지 않은 임피던스의 위상각의 절반)와 같습니다. 이것은 EAD = EDC 때문입니다.

A와 B 사이의 전압(EAB)은 A와 C 사이의 전압(EAC, 입력 전압)의 절반과 같습니다. 볼트미터의 읽기 EDB는 θ/2의 관점에서 얻을 수 있으므로, 위상각(θ)을 결정할 수 있습니다. 벡터 다이어그램은 아래에 표시되어 있습니다.

임피던스의 크기와 위상각의 첫 번째 근사치를 얻기 위해 이 방법이 선호됩니다. 보다 정확한 측정을 위해서는 상업용 벡터 임피던스 계측기가 선호됩니다.

상업용 벡터 임피던스 계측기

상업용 벡터 임피던스 계측기는 한 개의 컨트롤을 사용하여 위상각과 크기를 동시에 찾아 극형식으로 임피던스를 직접 측정합니다.

이 방법은 저항(R), 용량(C), 그리고 인덕턴스(L)의 어떠한 조합도 결정할 수 있습니다. 또한, 순수한 요소(C, L, 또는 R)보다 복잡한 임피던스를 측정할 수 있습니다.

여기서는 연속적인 조정이 많은 전통적인 브릿지 회로의 주요 단점이 제거되었습니다. 외부 오실레이터를 사용하여 공급될 때, 임피던스 측정 범위는 30 Hz부터 40 kHz까지 0.5에서 100,000Ω입니다.

내부적으로, 이 계측기는 1 kHz, 400 Hz, 또는 60 Hz의 주파수를 생성하며, 외부에서는 최대 20 kHz까지 생성합니다. 임피던스는 크기의 경우 ±1% 정확도로, 위상각의 경우 ±2% 정확도로 측정됩니다.

임피던스의 크기를 측정하는 회로는 아래에 표시되어 있습니다.

여기서, 크기 측정을 위해 RX는 가변 저항이며, 이를 캘리브레이트 임피던스 다이얼로 조정할 수 있습니다.

이 다이얼을 조정하여 가변 저항과 알려지지 않은 임피던스(ZX)의 전압 강하를 동일하게 만듭니다. 각 전압 강하는 두 개의 균형 증폭기 모듈을 사용하여 증폭됩니다.

이것은 연결된 듀얼 정류기 섹션으로 제공됩니다. 여기서, 정류기의 출력의 산술 합은 0이 되며, 이는 지시계의 null 읽기로 표시됩니다. 따라서, 알려지지 않은 임피던스는 가변 저항의 다이얼에서 직접 얻을 수 있습니다.

다음으로, 이 계측기에서 위상각을 어떻게 얻는지 살펴보겠습니다. 먼저, 스위치는 캘리브레이션 위치로 설정되고, 주입되는 전압은 캘리브레이션됩니다. 이는 VTVM이나 지시계에서 full-scale deflection을 얻기 위해 설정됩니다.

그런 다음, 기능 스위치는 위상 위치로 설정됩니다. 이 상태에서, 기능 스위치는 균형 증폭기의 출력을 정류 전에 병렬로 만듭니다.

이제, 증폭기로부터의 AC 전압의 합은 증폭기 사이의 AC 전압의 벡터 차이의 함수입니다.

이 벡터 차이로 인해 정류된 전압은 지시계나 DC VTVM에서 표시됩니다. 이것이 실제로는 알려지지 않은 임피던스와 가변 저항 사이의 전압 강하의 위상각을 측정한 것입니다.

이 전압 강하는 크기는 동일하지만 위상이 다릅니다. 따라서, 위상각은 이 기기에서 직접 읽음으로써 얻을 수 있습니다. 필요하다면, 위상각으로부터 품질 인자와 소산 인자를 계산할 수도 있습니다.

위상각(θ)을 측정하는 회로 다이어그램은 아래에 표시되어 있습니다.

응용 및 이점

복잡한 임피던스를 측정하고, 여러 조정이 필요 없는 간단한 과정을 제공합니다.