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Printed Circuit Information 印制电路信息 2004
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印制电路板特性阻抗的测试技术
(江南计算技术研究所214083 秦庚邬宁彪李小明
摘要为了更深入的探讨特性阻抗的测试技术, 本文就特性阻抗的基础知识、 TDR测试原理和测试方法等做了详
细的介绍。
关键词特性阻抗测试TDR
The Test Technique of Characteristic Impedance in PCB
Qin Geng Wu Ningbiao Li Xiaoming
Abstract In order to go further into the test technique of characteristic impedance, this article introduces elementary knowledge. TDR test principium and test methods etc. about characteristic impedance in detail.
Key words characteristic lmpedance testing TDR
1前言
随着现代电子电路速度的不断提高, 高品质的控
制阻抗电路板的需求量持续增长。高频信号和高速数字信号的传输对于电路板的电气测试不仅仅是通断的要求,更要达到特性阻抗的匹配。目前,印制电路板
的特性阻抗匹配设计和生产工艺过程中对特性阻抗的控制已成为 PCB 行业内研究和讨论的热点。本文就特性阻抗测试技术中的 TDR 测试原理、测试方法和有关基础知识做详细的介绍。
2特性阻抗概念与结构特点
2.1特性阻抗概念
电子元件工作频率加快或脉冲周期缩短和脉冲上
升时间提高,PCB 导线长度接近信号波长的某一范围时, 按照 IPC-2141中提出的“当信号在 PCB导线中传输时, 若导线的长度接近信号波长的1/7, 导线被视为信号传输线” , 若特性阻抗不匹配, 传输线中的信号会出现反射, 抵消发射出的部分信号从而使信号失真。目前大部分资料将特性阻抗分为单端(single
ended 和差分 (differential 两种。差分传输线具
有两种独特的传播方式, 每种方式都具有自己的特性
阻抗,分别称为奇模阻抗(odd mode和偶模阻抗
(even mode 。
图 1
在图 1中,线路 1与线路2同时施加差分互补的信
号,在线路 1测试到的阻抗称为奇模阻抗。差分阻抗
(differential impedance 是指在差分驱动时在两条传输线
中测试到的阻抗。差分阻抗是奇模阻抗的两倍。
线路1与线路2同时施加相同的信号, 在线路1测
试到的阻抗称为偶模阻抗。共模阻抗(common mode
impedance 是指并连在一起的线路的阻抗, 是偶模阻
… … … … … … 综述与
评
论…
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In Sim 校准方法的概念与 Stored Reference 校准方法类似,只是 I n S i t u 的误差被测试过一次就被存储下来,而 Stored Reference 每次测试都加入 Airlined 的误差,通过运算后去除误差,从而提高测试精度和重复性。对于 I n S i t u 测试方法这里就不再叙述,详细方法请查阅 I P C -T M -6502.5.5.7部分—— Characteristic Impedance and Time Delay of Lines on Printed Boards by TDR.
目前,国内 P C B 厂商采用较多的 P O L A R 公司的 C I T S 系列特性阻抗测试仪是由 T D R 、微型计算机、测试电缆和测试探头组成。这个系统主要是通过 T D R 测试出反射回来电压的变化,然后通过微机计算并输出特性阻抗值来。
计算公式为:
Z o =Z ref V l /(2V ref -V 1
式中:Z r e f ——基准特性阻抗值; V ref ——基准信号电压;
V l —
—待测导线 (附连板或样品板的电压。 4结束语
随着高品质控制阻抗印制板的需求量的不断增加,国内 P C B 厂家对印制板的
特性阻抗控制越来越重视,都加大力度对特性阻抗的设计和工艺过程的控制进行研究。任何先进的研究成果都需要有科学严谨的测试方法来验证。科学正确的测试结果可以帮助提高设计能力和改善生产工艺, 从而不断提高控制阻抗印制板的品质。
参考文献
[1]林金堵,龚永林.现代印制电路基础.中国印制电路行业协会,2001
[2]邓锦辉.特性阻抗测量课程.泰克验证与调试中心,2003[3]Characteristic Impedance and Time Delay of Lines on Printed Boards by TDR.IPC-TM-650
[4]Andy Burkhardt.控制阻抗电路板的测试技术.英国 POLAR公司
[5]Andy Burkhardt.阻抗控制电路板的原理与制造技术 .英国POLAR公司
图 7
射频同轴电缆特性阻抗Z C 的测试 胡 树 豪 这里介绍射频同轴电缆特性阻抗Z C 的6种测试方法。它们同样也适合于双绞线，只不过仪器要转换为差分系统而已。 一、λ/4线接负载法 1、测试方法与步骤： ·待测电缆一段，长约半米（无严格要求），两端装上连接器。扫频范围由仪器低频扫到百余兆赫即可。对于其它长度的电缆，扫频范围请自定。 ·仪器工作在测反射（或回损）状态，作完校正后画面应选阻抗圆图。 ·在测试端口接上待测电缆，电缆末端接上精密负载。 ·画面不外三种情况： 轨迹集中为一点，则Z C = Z 0（测试系统特性阻抗，一般为50Ω）。 轨迹呈圆弧或圆圈状，在圆图右边，则Z C > Z 0 。 轨迹呈圆弧或圆圈状，在圆图左边，则Z C < Z 0 。 ·将光标移到最接近实轴的点上，记下此点的电阻值R in （不管电抗值）。 n i C R Z Z 0= 例如：R in = 54Ω，则Z C = 52Ω，若R in = 46Ω，则Z C = 48Ω。 若轨迹不与实轴相交，则扫频范围不够或电缆太短；若交点太多，则扫频范围太宽或电缆太长。 2、优点 轨迹直观连续，不易出错。 连接器的反射可以通过λ/4线抵消。 3、缺点 必须截取短样本。 必须两端装连接器。 电缆质量必须较好，否则不同频率的测试结果起伏较大，不好下结论。 4、物理概念与对公式的理解 λ/4线有阻抗变换作用，其输入阻抗Z in 与负载阻抗Z L 之间满足Z in = Z C 2/Z L 关系。 现在Z L = Z 0，Z in = R in ，代入展开即得上面的Z C 计算公式。 λ/4线的阻抗变换公式是众所周知的，但作为特性阻抗的测试方法却未曾见。在测阻抗曲线试验中发现，与实轴相交的这一点是可用来测特性阻抗的；因为它把矛盾扩大了，反而更容易测准。由于曲线是很规矩的，不易出错。但必须用第一个交点，即除原点以外的最低频率的与实轴最近的一点，用第二点就可能出问题。换句话说，待测电缆的电长度应为λ/4的奇数倍，不能是偶数倍。 二、λ/8线开、短路法 1、测试方法与步骤： ·样本与扫频方案 对于已装好连接器的跳线，长度已定，只能由长度定扫频方案而对于电缆原材料，则可以按要求频率确定下料长度。此时待测电缆一头装连接器即可。
用频谱分析仪作ＥＭＩ测试和诊断 频谱分析仪是电磁干扰（ＥＭＩ）的测试、诊断和故障检修中用途最广的一种工具。本篇文章将重点突出频谱分析仪在ＥＭＩ应用的广阔范围内作为诊断测试仪器的多用性。 对于一个ＥＭＣ工程师来说，频谱分析仪最重要的用途之一是测试商用和军用电磁发射，其他用途包括对以下内容的评估： 材料的屏蔽效能， 仪器机箱的屏蔽效能， 较大的试验室或测试室的屏蔽效能， 电源线滤波器的衰减特性。 此外频谱分析仪在从事场地勘测中也很有用。 概述 频谱分析仪对于一个电磁兼容（ＥＭＣ）工程师来说就象一位数字电路设计工程师手中的逻辑分析仪一样重要。频谱分析仪的宽频率范围、带宽可选性和宽范围扫描ＣＲＴ显示使得它在几乎每一个ＥＭＣ测试应用中都可大显身手。 辐射发射测量 频谱分析仪是测试设备辐射发射必不可少的工具，它与适当的接口相连就可用于ＥＭＩ自动测量。比如说，一台频谱分析仪与一台计算机相连，就可以在对应的频率范围内把发射数据制成图和／或表。虽然ＥＭＩ测量接收机也可用于自动测试系统，但在故障的诊断和检修阶段频谱分析仪则显得更优越。大多数情况下被测设备在第一次测试时都不能满足人们的期望值，因此，诊断电磁干扰源并指出辐射发射区域就显得很迫切。在ＥＭＩ辐射发射测试的故障检修方面，有时可能想要设置足够宽的频率范围以使得辐射发射要的频谱范围以外的频谱也包括在内。用频谱分析仪，ＥＭＣ工程师就可以观察到比用一台典型的ＥＭＩ测试接收机可观察到的更宽的频谱范围。另一种常用技术是观察特殊宽带天线频率范围。包括所有校正因子在内的频谱图也同时被显示在频谱分析仪的ＣＲＴ上，显示的幅值单位与分析仪上的单位相一致，通常是dBm。这样，测试人员可在ＣＲＴ上监测发射电平，一旦超过限值，就会被立刻发现。这在故障检修中极其有用。这种特性使得人们在屏蔽被测产品的同时观察频谱仪的屏蔽并可立刻获得反馈信息。在快速进行滤波、屏蔽和接地操作时同样可做以上尝试。频谱分析仪的最大保持波形存储以及双重跟踪特性也可用于观察操作前后的ＥＭＩ电平的变化。 许多频谱分析仪是便携式的，可以方便地移入测试室内以对被测产品进行连续观察。测试人员可以用电场或磁场探头探测被测设备泄漏区域。通常这些区域包括如，箱体接缝，ＣＲＴ前面板、接口线缆、键盘线缆、键盘、电源线和箱体开口部位等，探头也可深入被测设备的箱体内进行探测。为了确切指出最大辐射区域，要求探头灵敏度不要太高，通常，一段小线头与一同轴线缆一
- 49 - 频谱仪测试时几个重要参数的设置 冯菊香 （玉林师范学院，广西 玉林 537000） 【摘 要】频谱仪的最佳工作状态是由诸多因素、参数决定的，而各种参数之间又相互关联，因此在设置频谱仪时需要统筹考虑。文章从频谱仪的基本原理出发，对输入衰减、前置放大、混频、分辨率带宽、视频带宽、扫频宽度和扫描时间等参数作了重点介绍，并就它们之间的最佳工作状态关系设置进行了阐述。 【关键词】频谱仪；分辨率带宽；视频带宽；扫频宽度 【中图分类号】TM935.21 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)10-0049-02 频谱分析仪是信号分析处理中常用的仪器设备，它不仅 用于测量各种信号的频谱，而且还可测量功率、失真、增益 和噪声特性等。其覆盖的频率范围可达40GHz甚至更高，因而 被广泛用于所有的无线或有线通信应用中，包括开发、生产、 安装与维护等。 从工作原理上看，频谱分析仪可以分为模拟式与数字式 两大类。数字式频谱分析仪主要用于超低频或低频段，其中 最有代表性的为傅立叶分析仪。模拟式频谱分析仪根据使用 滤波器的不同，又分为带通滤波器频谱分析仪与外差式扫频 频谱分析仪。 （一）频谱仪的基本原理 频谱分析仪的基本电路是超外差接收机，亦即利用超过 输入信号频率的本地振荡频率通过混频器获得差频输出。频 谱仪显示屏的水平坐标为频率轴，垂直坐标为功率轴，主要 用于观测和记录某个指定频率段内的载波频谱。其基本原理 如图1： 图1 频谱分析仪基本原理框图 信号的流程是：射频信号RF 接入频谱仪，经过前端的衰 减器和放大器，达到频谱仪的量程电平指标后，再经过混频 器，通过与本振信号的和频或差频而产生中频频率，然后， 通过中频带通滤波器和检波器峰值检波后的信号，再经过视 频滤波器滤波,经由A/D 转换后显示出来。由于本振电路的振 荡频率随着时间变化，因此频谱分析仪在不同的时间接收的 频率是不同的。当本振振荡器的频率随着时间进行扫描时， 屏幕上就显示出被测信号在不同频率上的电压包络，从而得 到被测信号的频谱。 （二）频谱仪的几个重要参数分析 用频谱分析仪对电信号进行测量时，要充分发挥频谱仪 的性能，尽可能地减少测量误差，显示其巨大的优越性，首 先必须根据所测的信号特点来设定频谱仪的衰减器、分辨率 带宽、视频带宽和扫描宽度（或时间）等，才可能使频谱仪 处于最佳工作状态。 1.合理使用输入衰减器和前置放大器 为了防止高电平输入信号对混频器产生的非线性失真，各种不同型号和不同类型的频谱仪，在仪器内部都设有输入衰减器，以此来选择最佳的混频电平。输入信号的电平不随衰减增加而下降，这是因为每当衰减降低加到检波器的信号电平10dB时，中放（IF）增益同时增加10dB来补偿这个损失，其结果使仪表显示的信号幅度保持不变。但是，噪声信号受到放大器的影响很大，其电平被放大，增加了10dB。既然内部噪声主要由中放第一级产生，因而输入衰减器不影响内部噪声电平。但是，输入衰减器影响到混频器的信号电平，并降低信噪比。也就是说，衰减器的衰减量每增加10dB，频谱仪显示的噪声电平就增加10dB。这样,要提高频谱分析仪的灵敏度就需要将衰减设置得尽可能小，降低噪声电平的值，使得信号不被噪声淹没。 使用前置放大器可以提高RF输入信号的信噪比，在测量小信号时，用前置放大器配合频谱仪的测量是非常有帮助的，特别是对卫星信号下行链路的弱信号进行检测时，需要加前置放大器改善系统的接收效果，否则，信号将很难看到或者根本看不到。但是，使用前置放大器时需要考虑两个重要的因素: 噪声值和增益。接收到的信号强度已经包含了放大器的增益，因此在计算信号的实际强度时，需要将天线增益、放大器增益以及监测系统的其它增益或损耗均排除掉，才能 够得到信号的实际强度。前置放大器有内部和外部之分，内 部前置放大器需要选件，工作频率范围一般为3GHz；外部前置放大器可根据待监测的频率范围，选择相应的放大器，放大器的增益要足够大，以便于监测。 2.最佳混频电平 混频器是频谱仪的前端电路，如果工作不正常，频谱仪自身就会产生多种频率成份，导致测量不准确。为了满足大的动态范围和最好的信噪比，希望混频器的驱动电平尽可能大；为了减少非线性失真，又希望加到混频器的电平尽可能低。究竟混频器的电平取多大呢?多数使用说明书建议最佳的混频电平在－30～0dBm 之间，这时混频器内部产生的失真电平低于显示的平均噪声电平，也就是说混频器产生的失真电平观察不到，可以忽略。 3.分辨率带宽 (RBW:Resolution Band Width) 在频谱分析仪中，分辨率带宽 RBW 是一个非常重要的参【收稿日期】2009-07-02 【作者简介】冯菊香（1972－），女，安徽滁州人，玉林师范学院讲师，桂林电子科技大学在读工程硕士，从事电子与通信测试技术研究。
特性阻抗计算公式推导过程 王国海 以下内容供参考。 1．传输线模型 2 符号说明 R L G C 分布式电阻电感电导电容 3 计算过程 (1) u(△z)-u=-R*?z*i-L*△z*?i ?t i(△z)- i=-G*△z*u(△z)?c?△z??u (2) ?t (1)(2) 两边同除以△z，得到电报公式
?u ?z +Ri+L ?i ?t =0 (3) ?i ?z +Gu+C ?u ?t =0 (4) u(z,t)=U(z)e jωt (5) i(z,t)=I(z)e jωt (6) 由（5）（6） 计算得道下列公式 ?u(z,t)?z =dU(z)dz e jωt （7） ?u(z,t)?t =U(z) e jωt jω （8） ?i(z,t)?z =dI(z)dz e jωt （9） ?i(z,t)?t =I(z) e jωt jω （10） 将（7）（8） （9） （10） 代入公式（3） dU(z)dz e jωt +Ri+L I(z) e jωt jω=0，i 用公式（6）代入， dU(z)dz e jωt +R I(z)e jωt +L I(z) e jωt jω=0 化简得到： dU(z)dz =-（R+ jωL)I(z) (11) 同理7）（8） （9） （10）代入（4）可得 dI(z)dz =-（G+ jωC)U(z) (12) 由（11）（12） 得到 dU(z)dI(z)=（R+ jωL)I(z) （G+ jωC)U(z) (13) 交叉相乘， （G + jωC)U(z) dU(z)= （R + jωL)I(z)dI(z) 两边积分， ∫（G + jωC)U(z) dU(z)=∫（R + jωL)I(z)dI(z) 12（G + jωC)U(z)2=12（R + jωL)I(z)2 U(z)2I(z)2=（R+ jωL)(G+ jωC) 两边开根号 Z=U/I=√（R+ jωL)(G+ jωC) 假定R=0，G=0 （无损）得到特性阻抗近似公式 Z=√L C
成品阻抗测试方法： 1、仪器设置： 网络分析仪：CENTER：200MHz SPAN：2MHz（视被测电缆的长度进行设定）MEAS：S12 或S21 FORMA T：Phase 直通校准 注意：校准完毕为一条数值为零的直线，SPAN更改不同的数值需要重新校准。 2、电容测量仪测试电容值。（数值现实稳定可以读取数值）。 3、相位差的测量： 网络分析仪连接被测电缆，显示相位值，按照以下方式进行读取数值： 打开菜单MARKER SERACH，target value设置为0，打开multi target search , 记录两个标记点的频率值（注意：选择红圈内数值最接近的标记点）。 如上图所示：应选择标记点1、2。 δf=(f m -f n )/m-n 4、按照特性阻抗的公式： 平均特性阻抗=1000/(δf*c) δf单位为MHz, C为测量的电容值：单位nf。 注意事项：1、测试频率差时被测电缆的接头状态必须和测试电容的接头状态保持一致。 2、target value设置为0，以避免产生误差。 3、保证校准状态有效。
相对传播速度的测量方法： 1：相对传播速度的定义：信号在介质中的传播速度与自由空间的传播速度之比。 2、仪器的设置： 网络分析仪进行测试： CENTER：200MHz SPAN：1MHz MEAS：S12 或S21 FORMA T：Group delay 直通校准 校准后为一条数值为零的直线。 3、连接被测电缆，打开Marker Factions ，将统计功能打开。读取平均值即为延迟时间t。 4、按照下列公式计算相对传播速度： V =L/(t?c) ?100% V：相对传播速度。L：电缆的实际长度（米）c=3.0?108米/秒 t ：延迟时间（秒）。 电缆相位及电长度测试及计算方法： 1、仪器的设置： 网络分析仪设置： CENTER：要求测试频点SPAN：10MHz（或者按照通知单要求设置起始终止频率）MEAS：S12 或S21 FORMA T：Extend Phase 直通校准 校准后为一条数值为零的直线。 2、连接被测电缆，读取要求频率点的数值。
电池测试之电化学阻抗谱的详细资料简介 许多研究电池的小伙伴，在最开始接触交流阻抗相关知识时，可能会非常排斥。因为无论是巴德的《电化学原理与应用》还是曹楚南、张鉴清的《电化学阻抗谱导论》，书中都是通过严谨公式推导来讲述的。今天，我们将尽量的避开公式，尽可能的分析交流阻抗谱尤其是其在锂电池中的应用。 电化学阻抗谱是一种相对来说比较新的电化学测量技术，它的发展历史不长，但是发展很迅速，目前已经越来越多地应用于电池、燃料电池以及腐蚀与防护等电化学领域。 电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS） 即给电化学系统施加一个频率不同的小振幅的交流正弦电势波，测量交流电势与电流信号的比值（系统的阻抗）随正弦波频率ω的变化，或者是阻抗的相位角f随ω的变化。 可以更直观的从这个示意图来看，利用波形发生器，产生一个小幅正弦电势信号，通过恒电位仪，施加到电化学系统上，将输出的电流/电势信号，经过转换，再利用锁相放大器或频谱分析仪，输出阻抗及其模量或相位角。通过改变正弦波的频率，可获得一些列不同频率下的阻抗、阻抗的模量和相位角，作图即得电化学阻抗谱-这种方法就称为电化学阻抗谱法。由于扰动电信号是交流信号，所以电化学阻抗谱也叫做交流阻抗谱。 利用EIS可以分析电极过程动力学、双电层和扩散等，可以研究电极材料、固体电解质、导电高分子以及腐蚀防护机理等。 基本思路——将电化学系统看成等效电路 利用电化学阻抗谱研究一个电化学系统时，它的基本思路是将电化学系统看作是一个等效电路，这个等效电路是由电阻（R）、电容（C）、电感（L）等基本元件按串联或并联等不同方式组合而成。通过EIS，可以定量的测定这些元件的大小，利用这些元件的电化学含义，来分析电化学系统的结构和电极过程的性质。 我们可以将内部结构未知的电化学系统当作一个黑箱，给黑箱输入一个扰动函数（激励函数），黑箱就会输出一个响应信号。用来描述扰动与响应之间关系的函数，称为传输函数。
交流阻抗怎么测量 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 （1）交流阻抗：交流阻抗即阻抗，在电子学中，是指电子部件对交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性;在电化学中，是指电极系统对所施加的交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性。阻抗模的单位为欧姆，阻抗辐角(相角）的单位为弧度或度。 （2）交流阻抗谱：在测量阻抗的过程中，如果不断地改变交流激励信号的频率，则可测得随频率而变化的一系列阻抗数据。这种随频率而变的阻抗数据的集合被称为阻抗频率谱或阻抗谱。阻抗谱是频率的复函数，可用幅频特性和相频特性的组合来表示;也可在复平面上以频率为参变量将阻抗的实部和虚部展示出来。测量频率范围越宽，所能获得的阻抗谱信息越完整。RST5200电化学工作站的频率范围为：0.00001Hz～1MHz，可以很好地完成阻抗谱的测量。 （3）电化学阻抗谱：电化学阻抗谱是一种电化学测试方法，采用的技术是小信号交流稳态测量法。对于电化学电极体系中的溶液电阻、双电层电容以及法拉第电阻等参量，用电化学阻抗谱方法可以很精确地测定;而用电流阶跃、电位阶跃等暂态方法测定，则精度要低一些。另外，像扩散传质过程等需要用较长时间才能测定的特性，用暂态法是无法实现的，而这却是电化学阻抗谱的长项。 （4）电化学阻抗谱测量的特殊性：就测量原理而言，在电化学中测量电极体系的阻抗谱与在电子学中测量电子部件的阻抗谱并没有本质区别。通常，我们希望获得电极体系处于某一状态时的电化学阻抗谱。而维持电极体系的状态，须使电极电位保持不变。通常认为，电极电位变化50mV以上将会破坏现有的状态。因此，在电化学阻抗谱测量中，必须注意两个关键点，即：偏置电位和正弦交流信号幅度。 （5）正弦交流信号的幅度：为了避免对电化学电极体系产生大的影响以及希望其具有较好的线性响应，正弦交流信号的幅度通常可设在2～20mV之间。 （6）自动去偏：在电化学阻抗谱测量过程中，由于偏置电位不一定等于开路电位以及少量的非线性作用，在工作电极电流中还会含有直流成分。去除这个直流成分(偏流），可扩大交流信号的动态范围、提高信噪比。RST5200电化学工作站，可在测量过程中动态地调整去偏电流，使获得的阻抗谱数据更精准。另外，在软件界面的状态栏中，可实时显示工作电极的极化电流，供操作者参考。 以上为交流阻抗的相关说明，下面我们就实验设置过程中遇到的专业名词
实验十一 R、L、C元件阻抗特性的测定 实验成员： 班级： 整理人员：
实验十一 R 、L 、C 元件阻抗特性的测定 一、实验目的 1．验证电阻，感抗、容抗与频率的关系，测定R~f ，X L ~f 与X C ~f 特性曲线。 2．加深理解R 、L 、C 元件端电压与电流间的相位关系。 二、原理说明 1．在正弦交变信号作用下，电阻元件R 两端电压与流过的电流有关系式 在信号源频率f 较低情况下，略去附加电感及分布电容的影响，电阻元件的阻值信号源频率无关，其阻抗频率特性R~f 如图9-1。 如果不计线圈本身的电阻R L ，又在低频时略去电容的影响，可将电感元件视为电感，有关系式 I jX U L L ? ? = 感抗 fL X L π2= 感抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X L ~f 如图9-1。 在低频时略去附加电感的影响，将电容元件视为纯电容，有关系式 I jX U C C ? ? - = 容抗 fC X C π21 = 容抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X C ~f 如图9-1. 2．单一参数R 、L 、C 阻抗频率特性的测试电路如图9-2所示。 途中R 、L 、C 为被测元件，r 为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R 、L 、
C 元件两端电压U R 、U L 、U C ，流过被测元件的电流则可由r 两端电压除以r 得到。 3．元件的阻抗角（即相位差φ）随输入信号的频率变化而改变同样可用实验方法测得阻抗角的频率特性曲线φ~f 。 用双踪示波器测量阻抗角（相位差）的方法。 将欲测量相位差的两个信号分别接到双踪示波器Y A 和Y B 两个输入端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现两条大小适中、稳定的波形，如图9-3所示，荧光屏上数的水平方向一个周期占n 格，相位差占m 格，则实际的相位差φ（阻抗角）为 度n 360m ? ? =φ 三、实验设备 四、实验内容 1．测量R 、L 、C 元件的阻抗频率特性。
实训项目七 R 、L 、C 元件阻抗特性的测定 一、实验目的 1．验证电阻、感抗、容抗与频率的关系，测定R ~f 、L X ~f 、C X ~f 特性曲线。 2．加深理解R 、L 、C 元件端电压与电流间的相位关系。 二、原理说明 1．在正弦交变信号作用下，电阻元件两端电压与流过的电流有关系式 I R U = 在信号源频率f 较低情况下，略去附加电感及分布电容的影响，电阻元件的阻值与信号源频率无关，其阻抗频率特性R ~f 如图3-20。 如果不计线圈本身的电阻1R ，又在低频时略去电容的影响，可将电感元件视为纯电感，有关系式， I jX U L = 感抗 fL X L π2= 感抗随信号源频率而变，阻抗频率特性L X ~f 如图3-20所示。 在低频时略去附加电感的影响，将电容元件视为纯电容，有关系式， I jX U C -= 容抗 fC X C π21 = 容抗随信号源频率而变，阻抗频率特性C X ~f 如图3-20。 图3-20 阻抗特性测试电路 2．单一参数R 、L 、C 阻抗率特性的测试电路如图3-20所示。 图中R 、L 、C 为被测元件，r 为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R 、L 、C 元件两端电压R U 、L U 、C U 流过被测元件的电流则可由r 两端电压除以r 得到。 元件的阻抗角（即相位差?）随输入信号的频率变化而改变，同样可用实验方法测得阻
抗角频率特性曲线?~f 。 3．用双踪示波器测量阻抗角（相位差）的方法。 将欲测量相位差的两个信号分别接到双踪示波器A Y 和B Y 两个端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现两条大小适中、稳定的波形，如下图3-21所示，荧光屏上数得水 平方向一个周期占n 格，相位差占m 格，则实际的相位差?（阻抗角）为n m 360?=?。 图3-21 相位差测定波形图 三、实验设备 四、实验内容 1．测量单一参数R 、L 、C 元件的阻抗频率特性。 实验线路如图3-20所示，取mH L K R 10,1=Ω= ，Ω==200,1r F C μ。通过电缆线将函数信号发生器输出的正弦信号接至电路输入端，作为激励源U ，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为U =3V ，并在整个实验过程中保持不变。 改变信号源的输出频率从200Hz （用频率计测量），并使开关S 分别接通R 、L 、C 三个元件，用交流毫伏表分别测量R U 、r U ；L U 、r U ；C U 、r U ，并通过计算得到各频率点时的R 、L X 、C X 之值，记录表中。
电缆的阻抗 术语 音频：人耳可以听到的低频信号。范围在20-20kHz。 视频：用来传诵图象的高频信号。图象信号比声音复杂很多，所以它的带宽（范围）也大过音频很多，少说也有0-6MHz。 射频：可以通过电磁波的形式想空中发射，并能够传送很远的距离。射频的范围要宽很多，10k-3THz(1T=1024G)。 电缆的阻抗 本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。 什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？ 首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。 传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。 电缆阻抗是如何定义的？ 电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。（伏特/米）/（安培/米）=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立： Z = E / I 无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。 特性阻抗一般写作Z0（Z零）。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义： Z0 = E / I 电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式： 其中 R=该导体材质（在直流情况下）一个单位长度的电阻率，欧姆 G=单位长度的旁路电导系数（绝缘层的导电系数），欧姆 j=只是个符号，指明本项有一个+90'的相位角（虚数） π=3.1416
北京理工大学能源与化学工程实验预习报告 姓名 班级 学号 实验日期2016年 5 月 4 日 指导教师____ ___________ 同组姓名 成绩_______________ 实验名称 电化学阻抗谱的测量与解析 一、 实验目的 1.了解应用电化学阻抗谱进行电化学研究的基本原理。 2.熟悉应用CHI 电化学工作站进行各种方法电化学测量的基本步骤。 3.初步掌握应用CHI 电化学工作站测量电化学阻抗谱的基本方法。 4.初步掌握应用Zsimpwin 软件进行电化学阻抗谱解析的方法。 二、 实验内容和原理 交流阻抗方法应用于电化学体系时，也称为电化学阻抗谱法 (Electrochemical 电化学 Impedance 阻抗 Spectroscopy 谱)。该方法是指控制通过电极的电流(或点位)在小幅度条件下随时间按正弦规律变化，同时测量作为其相应的电极电位(或电流)随时间的变化规律，或直接测量电极的交流阻抗(或导纳)。由于该方法具有线性关系简化、交流平稳态以及扩散等效电路集中参数化等优势，该方法已经成为研究电极过程动力学和点击表面现象最重要的方法之一。 如一个正弦交流电压可表示成： )1(sin )(0 t E t E ω= 式中，E 0为交流电压的幅值，ω是角频率。 一个电路的交流阻抗是一个矢量，这个矢量的模值为：0 0I E Z = ，矢量的幅角为Ψ。也可表示为： )2()sin (cos Im Re jZ Z j Z Z -=ψ-ψ= Z Re 称为阻抗的实部，Z Im 称为阻抗的虚部。 ψ=cos Re Z Z ，ψ=sin Im Z Z
由于该方法在一个很宽的频率范围内对电极系统进行测量，因而可以在不同的频率范围内分别得到溶液电阻，双电层电容及电化学反应电阻的有关信息。在更为复杂的情况下，不但可以在不同的频率得到有关参数的信息，而且可得到阻抗谱的时间常数个数及有关动力学过程的信息，从而可推断电机系统中包含的动力学过程及机理。因此，测量电机系统的交流阻抗，一般说来有两个目的。一个目的是推测电机系统中包含的动力学过程及其机理，确定与之相适应的物理模型或等效电路。另一个目的是，在确定了物理模型或等效电路之后，根据测得的阻抗谱，求解物理模型中各个参数，从而估算有关的动力学参数。 三、主要仪器设备 1.实验仪器 CHI电化学工作站1台，电解池1个。 2.试剂及材料 15mM K 3Fe(CN) 6 + 15mM K 4 Fe(CN) 6 + 1M KCl 电极为1cm2的镍片，除工作区域外用用环氧树脂密封。 四、操作方法与步骤 接好电解池，绿色和黄色的线接工作电极，红色白色的线接对电极。测试步骤如下： (1)启动CHI电化学工作站，运行测试软件。在setup菜单中点击technique 选项。在弹出菜单选择“A C impedance”。 (2)在setup中点击Parameters。弹出菜单中输入测试条件：初始点位为0V，高频为105Hz，低频为0.1Hz，振幅0.01V，静止时间2S，灵敏度选择自动灵敏度。 (3)在control中点击run experiment，进行测量。 (4)测试完毕后，保存并命名测试结果，保存为CSV格式，删除CSV文件中两列数据保存为TXT格式文件，备后续Zsimpwin模拟使用。 (5)打开Zsimpwin，代开之前的TXT，点击拟合电路图标选择R(CR)和R(OR)模型，点击OK进行拟合，是否保存点击是，默认保存路径选择否，选择自己要保存的文件，然后点击记录本图标查看拟合数据，记录end列中的数值。 (6)实验完毕，关闭仪器，清洗电极。
特性阻抗之原理與應用 Characteristic Impedance 一、前題 1、導線中所傳導者為直流（D.C.）時，所受到的阻力稱為電阻（Resistance），代表符號為R，數值單位為“歐姆”（ohm,Ω）。其與電壓電流相關的歐姆定律公式為： R=V/I；另與線長及截面積有關的公式為：R=ρL/A。 2、導線中所傳導者為交流（A.C.）時，所遭遇的阻力稱為阻抗（Impedance），符號為Z，單位仍為Ω。其與電阻、感抗及容抗等相關的公式為： Z =√R2 +(XL—Xc)2 3、電路板業界中，一般脫口而出的“阻抗控制”嚴格來說并不正确，專業性的說法應為“特性阻抗控制”（Characteristic Impedance Control）才對。因為電腦類PCB線路中所“流通”的“東西”并不是電流，而是針對方波訊號或脈沖在能量上的傳導。此種“訊號”傳輸時所受到的“阻力”另稱為“特性阻抗”，代表的符號是Zo。計算公式為：Zo = √L/C ，（式中L為電感值，C為電容值），不過Zo的單位仍為歐姆。只因“特性”的原文共有五個章節，加上三個單字一并唸出時拗口繞舌十分費力。為簡化起見才把“特性”一字暫時省掉。故知俗稱的“阻抗控制”，實際上根本不是針對交流電“阻抗”所進行的“控制”。且即使要簡化掉“特性”也應說成Controlled Impedance，或阻抗匹配才不致太過外行。 圖1 PCB元件間以訊號（Signal）互傳，板面傳輸線中所遭遇的阻力稱為“特性阻抗” 二、需做特性阻抗控制的板類 電路板發展40年以來已成為電機、電子、家電、通信（含有線及無線）等硬體必備的重要元件。若純就終端產品之工作頻率，及必須阻抗匹配的觀點來分類時，所用到的電路板約可粗分為兩大類：
PCB的差分阻抗测试技术 作者: 周英航上网日期: 2006年11月10日打印版订阅 关键字：PCB电路板TDR真差分TDR特征阻抗Coupon 为了提高传输速率和传输距离，计算机行业和通信行业越来越多的采用高速串行总线。在芯片之间、板卡之间、背板和业务板之间实现高速互联。这些高速串行总线的速率从以往USB2.0、LVDS以及FireWire1394的几百Mbps到今天的PCI-Express G1/G2、SATA G1/G2 、XAUI/2XAUI、XFI的几个Gbps乃至10Gbps。计算机以及通信行业的PCB客户对差分走线的阻抗控制要求越来越高。这使PCB生产商以及高速PCB设计人员所面临的前所未有的挑战。本文结合PCB行业公认的测试标准IPC-TM-650手册，重点讨论真差分TDR测试方法的原理以及特点。 IPC-TM-650手册以及PCB特征阻抗测试背景 IPC-TM-650测试手册是一套非常全面的PCB行业测试规范，从PCB的机械特性、化学特性、物理特性、电气特性、环境特性等各方面给出了非常详尽的测试方法以及测试要求。其中PCB板电气特性要求在第2.5节中描述，而其中的2.5.5.7a(IPC-TM-650官方网站下载链接https://www.doczj.com/doc/f214303352.html,/4.0_Knowledge/4.1_Standards/test/2-5-5-7a.pdf)则全面的介绍了PCB特征阻抗测试方法和对相应的测试仪器要求，重点包括单端走线和差分走线的阻抗测试。 TDR的基本原理及IPC-TM-650对TDR设备的基本要求 1.TDR的基本原理 图1是一个阶跃信号在传输线(如PCB的走线)上传输时的示意图。而传输线是通过电介质与GND分隔的，就像无数个微小的电容的并联。电信号到达某个位置时，就会令该位置上的电压产生变化，就像是给电容充电。因此，传输线在此位置上是有对地的电流回路的，因
频谱分析仪系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性.频谱分析仪依信号处理方式的不同,一般有两种类型;即时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer)与扫描调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectru m Analyzer).即时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅,其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器(Detector),再经由同步的多工扫描器将信号传送到CRT萤幕上,其优点是能显示周期性杂散波(Periodic Random Waves)的瞬间反应,其缺点是价昂且性能受限於频宽范围,滤波器的数目与最大的多工交换时间(Switching Time).最常用的频谱分析仪是扫描调谐频谱分析仪,其基本结构类似超外差式接收器,工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器,可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫描产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再放大,滤波与检波传送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系.影响信号反应的重要部份为滤波器频宽,滤波器之特性为高斯滤波器(Gaussian-Shaped Filter),影响的功能就是量测时常见到的解析频宽(R BW,ResolutionBandwidth).RBW代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异,两个不同频率的信号频宽如低於频谱分析仪的RBW,此时该两信号将重叠,难以分辨,较低的RBW固然有助於不同频率信号的分辨与量测,低的RBW将滤除较高频率的信号成份,导致信号显示时产生失真,失真值与设定的RB W密切相关,较高的RBW固然有助於宽频带信号的侦测,将增加杂讯底层值(Noise Floor),降低量测灵敏度,对於侦测低强度的信号易产生阻碍,因此适当的RBW宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念. 频谱分析仪的使用 一、什么是频谱分析仪在频域内分析信号的图示测试仪。以图形方式显示信号幅度按频率的分布，即 X轴表示频率，Y轴表示信号幅度。 二、原理：用窄带带通滤波器对信号进行选通。 三、主要功能：显示被测信号的频谱、幅度、频率。可以全景显示，也可以选定带宽测试。 四、测量机制： 1、把被测信号与仪器内的基准频率、基准电平进行对比。因为许多测量的本质都是电平测试，如载 波电平、A/V、频响、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及数字频道平均功率等。 2、波形分析：通过107选件和相应的分析软件，对电视的行波形进行分析，从而测试视频指标。如 DG、DP、CLDI、调制深度、频偏等。 五、操作： （一）硬键、软键和旋钮：这是仪器的基本操作手段。 1、三个大硬键和一个大旋钮：大旋钮的功能由三个大硬键设定。按一下频率硬键，则旋钮可以微调仪器显示的中心频率；按一下扫描宽度硬键，则旋钮可以调节仪器扫描的频率宽度；按一下幅度硬键，则旋钮可以调节信号幅度。旋动旋钮时，中心频率、扫描宽度（起始、终止频率）、和幅度的dB数同时显 示在屏幕上。 2、软键：在屏幕右边，有一排纵向排列的没有标志的按键，它的功能随项目而变，在屏幕的右侧对 应于按键处显示什么，它就是什么按键。 3、其它硬键：仪器状态(INSTRUMNT STATE)控制区有十个硬键：RESET清零、CANFIG配置、CAL校准、AUX CTRL辅助控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存储、RECALL调用、MEAS/USE R测量/用户自定义、SGL SWP信号扫描。光标（MARKER）区有四个硬键：MKR光标、MKR 光标移动、RKR FCTN光标功能、PEAK SEARCH峰值搜索。控制（CONTRL）区有六个硬键：SWEEP扫描、BW带宽、TRIG触发、AUTO COVPLE自动耦合、TRACE跟踪、DISPLAY显示。在数字键区有一个B KSP回退，数字键区的右边是一纵排四个ENTER确认键，同时也是单位键。大旋钮上面的三个硬键是窗
电化学曲线极化曲线阻抗谱分析 一、极化曲线 1.绘制原理 铁在酸溶液中，将不断被溶解，同时产生H2，即：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 (a) 当电极不与外电路接通时，其净电流I总为零。在稳定状态下，铁溶解的阳极电流I(Fe)和H＋还原出H2的阴极电流I(H)，它们在数值上相等但符号相反，即：(1) I(Fe)的大小反映Fe在H+中的溶解速率，而维持I(Fe)，I(H)相等时的电势称为Fe／H+体系的自腐蚀电势εcor。 图1是Fe在H+中的阳极极化和阴极极化曲线图。图2 铜合金在海水中典型极化曲线 当对电极进行阳极极化(即加更大正电势)时，反应(c)被抑制，反应(b)加快。此时，电化学过程以Fe的溶解为主要倾向。通过测定对应的极化电势和极化电流，就可得到Fe／H+体系的阳极极化曲线rba。 当对电极进行阴极极化，即加更负的电势时，反应(b)被抑制，电化学过程以反应(c)为主要倾向。同理，可获得阴极极化曲线rdc。 2.图形分析 （1）斜率 斜率越小，反应阻力越小，腐蚀速率越大，越易腐蚀。斜率越大，反应阻力越大，腐蚀速率越小，越耐腐蚀。 （2）同一曲线上各各段形状变化 如图2，在section2中，电流随电位升高的升高反而减小。这是因为此次发生了钝化现象，产生了致密的氧化膜，阻碍了离子的扩散，导致腐蚀电流下降。 （3）曲线随时间的变动 以7天和0天两曲线为例，对于Y轴，七天后曲线下移（负移），自腐蚀电位降低，说明更容易腐蚀。对于X轴，七天后曲线正移，腐蚀电流增大，亦说明更容易腐蚀。 二、阻抗谱 1.测量原理 它是基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的频率点的原始数据中，都包含了施加信号电压（或电流）对测得的信号电流（或电压）的相位移及阻抗的幅模值。从这些数据中可以计算出电化学响应的实部和虚部。阻抗中涉及的参数有阻抗幅模（| Z |）、阻抗实部（Z,）、阻抗虚部（Z,,）、相位移（θ）、频率（ω）等变量，同时还可以计算出导纳（Y）和电容（C）的实部和虚部，因而阻抗谱可以通过多种方式表示。
频谱分析仪测量场强方法 频谱分析仪是一种应用广泛的信号分析仪器。它可用来测量信号的频率、电平、波形失真、噪声电平、频谱特性等，加上标准天线还可用来测量场强。它的主要特点是：能宽频带连续扫描，并将测得的信号在CRT屏上直观地显示出来。在整个频段内，电平显示范围大于70dB，在无线电电波测量中可以很方便地看出频谱占用和信号活动情况，所以在很多场合，频谱仪正在替代场强仪成为电波测量中一种新的被广泛应用的仪器。但必竟二者设计上有差异，因此使用侧重面应有所有同，否则将会带来很大的测量误差。 一、电平刻度的转换和阻抗匹配问题 通常，频谱仪的显示刻度单位是dBm，而在场强测量和有关电波传播问题讨论中，习惯采用dBμv/m为单位，因此首先就有一个单位转换问题。实际上场强测量就是标准天线端感应电压的测量，因此只要将频谱仪的读数换算成电压单位，加上天线的天线系数即可求得待测场强。 频谱仪的单位换算系数随其输入阻抗的不同而不同，对于50Ω系统， VdBuV=PdBm+107dB而对于75Ω系统，则VdBuV=PdBm+ 现代频谱仪多采用微机处理，显示刻度可以自动转换。在实际测量中要特别注意天线阻抗与测试系统的匹配问题，避免产生失配误差。由于频谱仪在使用中是进行宽带扫描，所以所用天线要求也都是宽带天线，而宽带天线的VSWR一般都较大，如果与频谱仪联接的不是匹配天线，则要对所用天线的天线系数重新校对。 在实际测量中，输入衰减器不宜放在0dB的位置，如果衰减器置0，输入信号直接接到混频器上，则阻抗特性变差，造成较大的失配误差。 二、防止频谱分析仪过载 一般测试接收机的输入端都有带有调谐式高放电路，以抑制带外信号，提高灵敏度。 而频谱分析仪由于其宽带连续快速扫描的特性，输入端一般都直接接到第一混频器上。当信号电平较高时，混频器工作在非线性变频状态，将产生高阶互调和混频增益压缩，而且过高的电平（一般大于5dBm）将烧坏
PCB特性阻抗简介 今就电子学的领域出发解译影响高频特性阻抗品质〝谐振（resonance）〞。所谓的谐振意指可发生于任一物理系统中，只要该系统具有相对形式之贮能零件。当贮存于这些零件中之能量作相互交换时，就不需再自能源取得额外之能量，而将有谐振存在。 我们都知道当驾驶一前轮不平衡之车辆时，在某些特定速率下，不平衡的轮子之振动率等于前端悬吊者之自然谐振频率，则存在在一系统中之弹簧及质量中之能量可彼此互作交换导致一大的振动及方向盘之移动，这些情形司机常见到之。 在此文中，我们将讨论在电路中之谐振特性及一些应用。电路中之谐振，要求电抗量必须能互相抵销。在一串联RLC电路中，此需电抗性电压降抵消：在一并联RLC电路中，则需电抗性电流互相抵消。 一串联电路的阻抗，为电阻值及电抗值之向量和。在一串联RLC电路中，将有一频率，在该频率下可使其电感抗及电容抗相等，此频率称为谐振频率。可使电抗值互相抵销，导致净电抗值为0，在谐振频率(f0),|XL|=|XC|。 其中所言的RLC电路即指电阻、电感、电容组件所组合而成的电子回路，所以了解何为特性阻抗之前，甚至何谓谐振频率应先就其材料特性加以了解。 就电阻而言：电阻器(resistor)在高频电路中应用甚广，但是一般对电阻特性的了解，仍多局限于电阻在直流电路中所呈现的阻尼特性。实际上，电阻在高频电路中，因受信号频率的影响，不仅电阻值会随之改变，更可能会呈现电感或电容的特性。 如图所示电阻器在高频时的等效电路，R为电阻器的电阻值，L为其两端引线的电感，C为存在于电阻器内所有杂散电容的总和。杂散电容形成的原因，随电阻器结构的不同而异。以碳粒合成电阻(carbon composite resistor)为例，由于其结构为以微小碳粒压合而成，故在各碳粒之间都存有电容。此即为等效电路中杂散电容C的来源之一。由此可以推知碳粒合成电阻的高频特性甚差。 另外就TDR测量空板上的传输线而言亦可依上述的方式解译，其中上述所提L的效应来自电阻的两端引线，同理推验可知，TDR所使用探棒的测头如接于导通孔时即产生传输路径，此输入信道愈长则L效应相对愈大，此现象将如同业先前
电化学阻抗谱的应用及其解析方法 交流阻抗发式电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来，由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 1. 阻抗谱中的基本元件 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R ，纯电容C ，阻抗值为1/j ωC ，纯电感L ，其阻抗值为j ωL 。实际测量中，将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。 Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/A Cab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/A Rt Fixed(X)0N/A N/A Cd'Fixed(X)0N/A N/A Zf'Fixed(X)0N/A N/A Rb Free(+)10000N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\12861 Dummy Cell.mdl Mode: Type of Weighting: Data-Modulus 图1. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的等效电路 图中A 、B 分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端，Ra 、Rb 分别表示电极材料本身的电阻，Cab 表示研究电极与辅助电极之间的电容，Cd 与Cd ’表示研究电极和辅助电极的双电层电容，Zf 与Zf ’表示研究电极与辅助电极的交流阻抗。通常称为电解阻抗或法拉第阻抗，其数值决定于电极动力学参数及测量信号的频率，Rl 表示辅助电极与工作电极之间的溶液电阻。一般将双电层电容Cd 与法拉第阻抗 的并联称为界面阻抗Z 。 实际测量中，电极本身的内阻很小，且辅助电极与工作电极之间的距离较大，故电容Cab 一般远远小于双电层电容Cd 。如果辅助电极上不发生电化学反映，即Zf ’特别大，又使辅助电极的面积远大于研 究电极的面积（例如用大的铂黑电极），则Cd ’很大，其容抗Xcd ’比串联电路中的其他元件小得多，因此 辅助电极的界面阻抗可忽略，于是图1可简化成图2，这也是比较常见的等效电路。 Element Freedom Value Error Error % Rs Fixed(X )1500N/A N/A Zf Fixed(X )5000N/A N/A Cd Fixed(X )1E-6N/A N/A Data File:Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\Tutor3 R-C.mdl Mode: Run Simulation / Freq. Range (0.01 - 100Maximum Iterations:100Optimization Iterations: Type of Fitting: Complex Type of Weighting: Data-Modulus 图2. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的简化电路 2. 阻抗谱中的特殊元件 以上所讲的等效电路仅仅为基本电路，实际上，由于电极表面的弥散效应的存在，所测得的双电层电容不是一个常数，而是随交流信号的频率和幅值而发生改变的，一般来讲，弥散效应主要与电极表面电流分布有关，在腐蚀电位附近，电极表面上阴、阳极电流并存，当介质中存在缓蚀剂时，电极表面就会为缓蚀剂层所覆盖，此时，铁离子只能在局部区域穿透缓蚀剂层形成阳极电流，这样就导致电流分布 极度不均匀，弥散效应系数较低。表现为容抗弧变“瘪”，如图3所示。另外电极表面的粗糙度也能影响弥散效应系数变化，一般电极表面越粗糙，弥散效应系数越低。 2.1 常相位角元件（Constant Phase Angle Element ，CPE ）