Sowohl Impedanzanalysatoren als auch LCR-Meter sind Messgeräte zur Bestimmung elektrischer Parameter. Der Zweck von LCR-Messgeräten besteht darin, elektrische Komponenten hinsichtlich ihrer Induktivität, ihres Widerstands und ihrer Kapazität oder anhand anderer äquivalenter Schaltungsmodelle zu charakterisieren. Der Anwendungsbereich von Impedanzanalysatoren ist dagegen wesentlich breiter. Durch die Messung der komplexen Impedanz über einen weiten Frequenzbereich können sie für alle Arten von Anwendungen verwendet werden, bei denen die Bestimmung elektrischer Eigenschaften entscheidend ist - z. B. in Materialwissenschaft, Medizin und Bioanalytik. Wenn es jedoch darum geht, elektrische Komponenten zu charakterisieren, können sowohl Impedanzanalysatoren als auch LCR-Messgeräte eine gute Wahl sein. Dies ist nicht immer eine einfache Entscheidung, da bei hochleistungsfähigen modernen Instrumenten die Grenzen zwischen den Geräteklassen manchmal verschwimmen.
Daher betrachten wir hier einige der wichtigsten Dinge, auf die man achten sollte, wenn man diese beiden Instrumentenklassen vergleicht.
LCR-Messgeräte sind speziell für die Bestimmung von Parametern äquivalenter Schaltungsmodelle von elektrischen Komponenten gedacht – in den einfachsten Fällen wären das Induktivität (L), Kapazität (C) und Widerstand (R), daher der Name LCR-Meter. Viele LCR-Messgeräte bieten auch die Anzeige der komplexen Impedanz selbst an – als Real- und Imaginärteil oder absoluten Wert und Phase. Oft werden jedoch äquivalente Schaltungsmodelle untersucht, die zur Aufgabenstellung passen, wie zum Beispiel einfache Serien- oder Parallelschaltungen von RC- oder LC-Kombinationen und raffiniertere Modelle, die auf bestimmte Komponententypen abzielen. Diese Art von Messung ist entscheidend für die Komponentenprüfung bei der End-of-Line-Produktionsprüfung, elektronische Montageprozesse und während der Komponenten- oder Schaltungsentwicklung. Folglich sind die häufigsten Orte, an denen LCR-Messgeräte zu finden sind, elektronische Werkstätten oder Produktionsumgebungen. Das klassische LCR-Meter verwendet eine Messmethodik, die als Brückenmethode bezeichnet wird. Dabei wird vereinfacht gesprochen ein Objekt unter Test mit Referenzen verglichen. Dieser Ansatz führt zu einem sehr engen Bereich guter Messgenauigkeit um diese Referenzobjekte herum und funktioniert typischerweise besonders gut bei einer bestimmten Frequenz. Traditionell wurden LCR-Messgeräte daher bei einer einzigen Frequenz eingesetzt.
Impedanzanalysatoren hingegen sind in der Regel für einen breiten Frequenzbereich und einen sehr großen Bereich von Impedanzen ausgelegt. Obwohl es Ausnahmen gibt, verwenden die meisten modernen Impedanzanalysatoren eine Methode, die als komplexe Strom-Spannungs (I/V)-Methode bezeichnet wird, bei der ein AC-Signal mit variierender Frequenz angelegt und das Verhältnis zwischen Strom und Spannung im Messobjekt beobachtet wird. Dies führt zu enorm großen möglichen Messbereichen sowohl in der Frequenz als auch in der Impedanz. Einen guten Einblick in diesen Unterschied bietet der Vergleich der Genauigkeitskonturdiagramme eines klassischen LCR-Messgeräts mit denen eines Impedanzanalysators. Die Segmentierung des HM8118-Diagramms zeigt schön den Effekt des Brückenverfahrens im Vergleich zur I/V-Topologie des ISX-3. Darüber hinaus zeigt der Impedanzanalysator einen viel breiteren Bereich an Impedanz und Frequenz, der für diese Instrumentenklasse typisch ist.
Bei einem Vergleich eines herkömmlichen Brückenmethoden-LCR-Messgeräts mit einem Impedanzanalysator wird das LCR-Messgerät in der Regel hinsichtlich der Messbereiche deutlich zurückbleiben. Einige Vertreter der neuen Generation von LCR-Messgeräten verwenden jedoch eine allgemeinere komplexe Strom-Spannungs (I/V)-Methode, die ähnliche Frequenzbereiche und dynamische Messbereiche wie vollwertige Impedanzanalysatoren ermöglicht. Ein gutes Beispiel dafür ist das Sciospec LCR-1. Das Genauigkeitskonturdiagramm ist nahezu identisch mit dem eines ISX-3 Impedanzanalysators, da sie beide auf derselben Messplattform aufgebaut sind.
Beim Funktionsumfang zeigt sich eine ähnliche Geschichte wie bei den technischen Fähigkeiten. Ein typisches LCR-Messgerät ist sehr gut an die Messung elektrischer Komponenten angepasst und bietet genau den Funktionsumfang, den diese Aufgabe erfordert. Mit einer Benutzeroberfläche, die auf den spezifischen Anwendungsfall ausgerichtet ist, ist es eine sehr einfache Aufgabe, die wichtigsten Eigenschaften einer Komponente zu bestimmen. Während traditionelle LCR-Messgeräte wie das Hameg HM8118 dem Benutzer eine vollständige Steuerung über Tasten auf der Vorderseite bieten, verwenden modernere Interpretationen von LCR-Messgeräten grafische Benutzeroberflächen, wie sie zum Beispiel beim Sciospec LCR-1 zu sehen sind. Beide Ansätze ermöglichen den Zugriff auf die wichtigsten Steuerelemente zur Auswahl eines äquivalenten Modells und zur Durchführung dieser Messung mit möglichst wenig Detailkenntnissen.
Fortgeschrittene Instrumente wie das LCR-1 bieten auch raffiniertere Messmodi an, wie zum Beispiel das Verfolgen von Änderungen in den Modellparametern im Zeitverlauf oder die Durchführung von Pass/Fail-Tests, einschließlich statistischer Tests für Komponentenchargen. Einige Modelle bieten sogar Mehrfrequenz-Sweeps, die dem näher kommen, was ein Impedanzanalysator liefern würde. Im Wesentlichen steht aber immer im Vordergrund, die Grund-Parameter einer elektrischen Komponente zu ermitteln.
Impedanzanalysatoren hingegen bieten in der Regel eine viel breitere Palette von Funktionen, die darauf abzielen, detaillierte Einblicke in das frequenzabhängige Verhalten elektrischer Eigenschaften zu gewinnen. Ihr Hauptzweck besteht darin, frequenzabhängige komplexe Impedanzspektren zu erfassen.
Wie bereits erwähnt, bieten einige moderne High-End-LCR-Messgeräte auch Frequenzsweeps an. Impedanzanalysatoren sind , einfach gesprochen, in der Regel darin viel besser. Insbesondere gilt das in Bezug auf die Geschwindigkeit der Sweeps. Zusätzliche Funktionen wie phasensynchrones Umschalten bieten auch deutlich mehr Möglichkeiten in Bezug auf Messungen von resonanten Phänomenen und anderen anspruchsvolleren Setup-Typen.
Natürlich führt das zu einem umfassenderen Satz von Steuerelementen für die Durchführung von Messungen. Während einige traditionellere Instrumente umfassende Bedienelementen auf Geräteseite bieten, entscheiden sich viele moderne Impedanzanalysatoren heutzutage für eine rein softwarebasierte Benutzeroberfläche.
Mit dem bedeutend breiteren Spektrum an Messfähigkeiten können Impedanzanalysatoren problemlos die erforderlichen Daten für klassische LCR-Messungen liefern und übertreffen diese in der Regel hinsichtlich Messbereichsabdeckung, Geschwindigkeit und Genauigkeit. Konsequenterweise bilden einige moderne Impedanzanalysatoren daher auch den Funktionsumfang eines LCR-Messgeräts ab, indem sie einen dedizierten LCR-“Modus” oder eine LCR-“Ansicht” in ihrer Benutzeroberfläche bieten. Auf diese Weise deckt ein solcher Impedanzanalysator vollständig die Funktionen eines LCR-Messgeräts ab und bietet dem Benutzer viele Möglichkeiten, darüber hinauszugehen, wenn dies erforderlich ist.
Die Screenshots aus der Benutzeroberfläche des Sciospec ISX-3 demonstrieren dies schön. Während das obere Bild eine Ansicht im Standard-Impedanzspektroskopiemodus mit vielen detaillierten Steuerelementen zeigt, stammt das untere Bild aus dem integrierten LCR-Messmodus und zeigt dieselbe Einfachheit wie in LCR-Meter-Benutzeroberflächen gefunden.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Impedanzanalysatoren und LCR-Messgeräte beide die Impedanz elektrischer Komponenten messen, sich jedoch in ihrem Messbereich, ihren Frequenzfähigkeiten, ihrer Komplexität, ihrem Anwendungsschwerpunkt und ihren Kosten unterscheiden. Die Wahl zwischen ihnen hängt von den spezifischen Anforderungen der Messaufgabe, dem benötigten Detaillierungsgrad und dem verfügbaren Budget ab.
Vereinfacht ausgedrückt: Wenn Sie nach dem einfachsten Weg suchen, die Schlüsselparameter einer elektrischen Komponente zu bestimmen, könnte ein LCR-Messgerät das beste Werkzeug für Sie sein. Wenn Sie jedoch Einblicke in elektrische Eigenschaften gewinnen, eine frequenzabhängige Analyse durchführen oder anspruchsvollere Untersuchungen durchführen müssen, ist ein Impedanzanalysator in der Regel die bessere Wahl.
Moderne und fortschrittliche LCR-Messgeräte wie das Sciospec LCR-1 verwischen die Grenzen zwischen diesen Instrumentenklassen, indem sie den typischen Fokus auf die einfache Komponententestung eines LCR-Messgeräts beibehalten, aber eine Leistung auf Impedanzanalysator-Niveau liefern. Gleichzeitig ermöglichen moderne Impedanzanalysatoren wie das Sciospec ISX-3 LCR-Messungen als Teil ihres Funktionsumfangs, bieten jedoch eine umfassende Palette von Möglichkeiten, die weit über LCR-Messgeräte hinausgehen.
LCR-Meter | Impedanzanalysator | |
Messbereiche | Schmal, abgestimmt auf typische Parameterbereiche elektrischer Bauteile | Sehr breite Abdeckung sowohl im Frequenz- als auch im Impedanzmessbereich |
Frequenzaufgelöste Messung | Konzipiert für Einzelfrequenzmessung, fortschrittlichere Geräte bieten auch eingeschränkte Möglichkeiten zur frequenzaufgelösten Messung | Gemacht für die spektroskopische Messung, erlauben eine schnelle und detaillierte frequenzaufgelöste Impedanzmessung |
Funktionsumfang | Einfacher und eingeschränkter Funktionsumfang abgestimmt auf Komponententests | Breiter Funktionsumfang für viele verschiedene Anwendungsfälle einschließlich LCR-Messungen |
Anwendungsbereich | Komponententests in Produktion und Entwicklung | Ermittlung von elektrischen Eigenschaften in sämtlichen Anwendungsgebieten von Komponententests, über Biosensoren, Materialprüfung und viele mehr |
Kosten | Günstiger im Vergleich mit Impedanzanalysatoren, teilweise sehr kostengünstige Einstiegsmodelle verfügbar | Höher als bei LCR-Metern |
Messgeschwindigkeit | Eher langsam, speziell bei Mehrfrequenzmessung | In der Regel deutlich schneller als bei LCR-Messgeräten |
Für genauere Einblicke in die Geräteklassen lesen Sie gern weiter auf den Überblickseiten Impedanzanalysatoren bzw. LCR-Meter.
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