ADALM1000 SMU 阻抗测量/频率效应
作者：doug mercer和antoniu miclaus
本实验活动的目标是：
* 1. 使用alice-vvm阻抗分析仪软件测量元件阻抗和电路阻抗。
* 2. 研究rlc电路的幅度和相位随频率变化的情况。
背景：
阻抗是对交流电流的阻力。与电路提供给特定频率的电流完全对立。阻抗(z)表示为电阻(r)和电抗(x)的组合，并以欧姆(ω)为单位测量。它可以表示为复量：
在2d极坐标图上表示阻抗，其中x为其实轴，y为其虚轴。电阻分量是沿实轴的线，电抗分量是沿虚轴的线。对于电阻，阻抗与直流电阻相同，并且是沿x轴的线。对于电容，阻抗（或更具体地说，电抗）xc是虚数并且表示为沿2d极坐标图的负y轴的线。电容的电抗取决于频率，公式如下：
其中ω = 2πf为角频率。
对于电感，阻抗（或更具体地说，电抗）xl是虚数并且可表示为沿2d极坐标图的正y轴的线。电感的电抗也取决于频率，公式如下：
串联rlc电路的阻抗是各个元件的阻抗之和。
或
这也可以表示为极坐标图上的相量矢量：
图1. 串联rlc电路的阻抗测量。
图2. 阻抗分析仪：研究串联rlc电路。
材料：
* adalm1000硬件模块
* 电阻（1.0 kω、470 ω）
* 电容(1.0 μf)
* 电感(10 mh)
步骤：
a. 元件阻抗的测量：
1. 在ca-v和cb-v之间连接一个rext = 1 kω的电阻，在cb-v和2.5 v固定电源之间连接一个470 ω电阻作为rs。
2. 运行alice-vvm软件工具。
3. 在表1记下电阻的幅度、相位、电阻和电抗。请注意，默认频率设置为1000 hz。验证相量是否沿实轴并且相位为零。此外，由于电抗为零，因此幅度应与电阻相同。
4. 用cs = 1.0 μf替换rs并记下幅度、相位、电阻和电抗值。对于电容，相量应沿负虚轴，相位应为+270°或–90°。
5. 用ls = 20 mh替换cs。记下幅度、相位、电阻和电抗值。对于电感，相量应沿正虚轴，相位应为90°。
b. 在rlc电路上测量电路阻抗和频率效应：
1. 使用给定的元件值设置图1所示的串联rlc电路：rext = 1 kω，rs = 470 ω，cs = 1.0 μf，以及ls = 20 mh。
图3. 阻抗测量试验板电路。
2. 记下默认频率为1000 hz的rlc电路的幅度、相位、电抗和电阻。在表1中记录这些值。
3. 调整频率直到相位变为零并记下此频率。这是一个特殊的频率，其总电抗为零，电路是纯电阻的。
如果：
则
因此，rlc电路的阻抗现在只是电阻。发生这种情况的频率称为谐振频率。它可以使用公式9通过数学运算推导出：
4. 以100 hz为步进改变频率使其低于f o，并通过阻抗分析仪获取最多三个测量读数。在表1中记录这些读数。通过以100 hz为步进改变频率使其高于f o，重复相同的操作。仔细观察幅度相量的旋转（橙色线）。
注：
与所有alm实验室一样，当涉及与adalm1000连接器的连接和配置硬件时，我们使用以下术语。绿色阴影矩形表示与adalm1000模拟i/o连接器的连接。模拟i/o通道引脚被称为ca和cb。当硬件配置为驱动电压/测量电流时，添加-v，例如ca-v；当硬件配置为驱动电流/测量电压时，添加-i，例如ca-i。当通道配置为高阻态模式以仅测量电压时，添加-h，例如ca-h。
示波器迹线同样按照通道和电压/电流来指称，例如：ca-v和cb-v指电压波形，ca-i和cb-i指电流波形。
作才介绍
doug mercer [doug.mercer@analog.com]于1977年获得伦斯勒理工学院(rpi)电气工程学士学位。自1977年加入adi公司以来，他直接或间接贡献了30多款数据转换器产品，并拥有13项专利。他于1995年被任命为adi研究员。2009年，他从全职工作转型，并继续以名誉研究员身份担任adi顾问，为“主动学习计划”撰稿。2016年，他被任命为rpi ecse系的驻校工程师。
antoniu miclaus [antoniu.miclaus@analog.com]是adi公司的系统应用工程师，从事adi学术项目、circuits from the lab®嵌入式软件和qa过程管理工作。他于2017年2月在罗马尼亚克卢日-纳波卡开始在adi公司工作。他目前是贝碧思鲍耶大学软件工程硕士项目的理学硕士生，拥有克卢日-纳波卡科技大学电子与电信工程学士学位。
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* 1. 使用alice-vvm阻抗分析仪软件测量元件阻抗和电路阻抗。
* 2. 研究rlc电路的幅度和相位随频率变化的情况。
背景：
阻抗是对交流电流的阻力。与电路提供给特定频率的电流完全对立。阻抗(z)表示为电阻(r)和电抗(x)的组合，并以欧姆(ω)为单位测量。它可以表示为复量：
在2d极坐标图上表示阻抗，其中x为其实轴，y为其虚轴。电阻分量是沿实轴的线，电抗分量是沿虚轴的线。对于电阻，阻抗与直流电阻相同，并且是沿x轴的线。对于电容，阻抗（或更具体地说，电抗）xc是虚数并且表示为沿2d极坐标图的负y轴的线。电容的电抗取决于频率，公式如下：
其中ω = 2πf为角频率。
对于电感，阻抗（或更具体地说，电抗）xl是虚数并且可表示为沿2d极坐标图的正y轴的线。电感的电抗也取决于频率，公式如下：
串联rlc电路的阻抗是各个元件的阻抗之和。
或
这也可以表示为极坐标图上的相量矢量：
图1. 串联rlc电路的阻抗测量。
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材料：
* adalm1000硬件模块
* 电阻（1.0 kω、470 ω）
* 电容(1.0 μf)
* 电感(10 mh)
步骤：
a. 元件阻抗的测量：
1. 在ca-v和cb-v之间连接一个rext = 1 kω的电阻，在cb-v和2.5 v固定电源之间连接一个470 ω电阻作为rs。
2. 运行alice-vvm软件工具。
3. 在表1记下电阻的幅度、相位、电阻和电抗。请注意，默认频率设置为1000 hz。验证相量是否沿实轴并且相位为零。此外，由于电抗为零，因此幅度应与电阻相同。
4. 用cs = 1.0 μf替换rs并记下幅度、相位、电阻和电抗值。对于电容，相量应沿负虚轴，相位应为+270°或–90°。
5. 用ls = 20 mh替换cs。记下幅度、相位、电阻和电抗值。对于电感，相量应沿正虚轴，相位应为90°。
b. 在rlc电路上测量电路阻抗和频率效应：
1. 使用给定的元件值设置图1所示的串联rlc电路：rext = 1 kω，rs = 470 ω，cs = 1.0 μf，以及ls = 20 mh。
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2. 记下默认频率为1000 hz的rlc电路的幅度、相位、电抗和电阻。在表1中记录这些值。
3. 调整频率直到相位变为零并记下此频率。这是一个特殊的频率，其总电抗为零，电路是纯电阻的。
如果：
则
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4. 以100 hz为步进改变频率使其低于f o，并通过阻抗分析仪获取最多三个测量读数。在表1中记录这些读数。通过以100 hz为步进改变频率使其高于f o，重复相同的操作。仔细观察幅度相量的旋转（橙色线）。
注：
与所有alm实验室一样，当涉及与adalm1000连接器的连接和配置硬件时，我们使用以下术语。绿色阴影矩形表示与adalm1000模拟i/o连接器的连接。模拟i/o通道引脚被称为ca和cb。当硬件配置为驱动电压/测量电流时，添加-v，例如ca-v；当硬件配置为驱动电流/测量电压时，添加-i，例如ca-i。当通道配置为高阻态模式以仅测量电压时，添加-h，例如ca-h。
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