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インピーダンス測定のトラブルと解決法

インピーダンス測定の問題点

この特集では、低周波領域を主眼としたインピーダンス測定に焦点を当てながら、単にインピーダンス測定用の測定器を接続しただけでは旨く測定できないいくつかの例について、測定に立ちはだかる問題点を類型化し、それぞれの場合について問題の検証と解決法を示します。

インピーダンスとは、電圧と電流の比の値に他なりません。
したがって、インピーダンスを求めるには、測定対象物に電圧を加えて、その時に測定対象に流れる電流を測定するか、もしくは、測定対象に電流を流して、測定対象両端の電圧を測定する、の何れかです。

インピーダンスは電圧と電流の比率

とはいうものの・・・

しかし、場合によっては、LCRメータを持ってきても「測定できない」もしくは「測定にはかなりの工夫を要する」ということがあります。
LCRメータなどでは想定されていない対象物のインピーダンスを測定しなければならないことがあるからです。
簡単だと思ったインピーダンス測定が、できそうでできない。
そんな経験は、ありませんか・・・。 

問題点の整理

そこで、LCRメータでは測定が難しい対象を、問題毎に整理してみます。 

測定電流が他へ流出してしまう問題

代表的な事例：片側が接地された部品や回路のインピーダンス測定など。
問題点：測定対象物に他の部品や回路が接続されているか寄生的に存在するために、測定されるべき電流が測定器に取り込まれない。
この問題は、機器の接続方を工夫すれば計測できる場合もあります。
LCRメータと測定電流

入力回路が飽和してしまう問題

代表的な事例：スイッチング電源の出力インピーダンスや稼働中の回路素子のインピーダンス測定など。
問題点：測定対象が自ら電圧を発生したり、電位を持つため、LCRメータを接続すると測定器の入力回路が飽和してしまう、または壊れる危険がある。 

大きなドライブ電圧を必要としたり、共振を伴う問題

代表的な事例：圧電アクチュエータのインピーダンス測定など。
問題点：LCRメータの測定電圧（測定電流）定格と供試体のドライブ条件が一致しない。 

対象に別の電流を流した状態で測定しなければならない問題

代表的な事例：燃料電池の交流インピーダンス測定
問題点：測定電流とは別に、大きな電流が共存する条件下での測定。

以下では、測定対象毎に問題を抽出し、その解決法を示します。