Agitek一文带你了解LCR数字电桥

LCR数字电桥是用来测量电感、电容、电阻参量的仪器，通常包含Z，Y，θ，Rs，Rp，X，G，B，Ls，Lp，Cs，Cp，Q，D等测量项目，为什么要测量阻抗呢？今天安泰测试就给大家科普一下LCR数字电桥：

什么是阻抗？

在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。不管是数字电路工程师还是射频工程师，都在关注各类器件的阻抗，比如在音响器材中，阻抗是常常提及的重要参数。

阻抗常用Z表示，是一个复数，实部称为电阻，虚部称为电抗，其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗 ，电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。

电阻，电容，电感的阻抗计算公式：

XR=R；

XL= wL =2πfL；

XC==1/（wC）= 1/（2πfC）；

LCR数字电桥原理

初期的阻抗测量用的是电桥方法，如图，随着现代模拟和数字技术的发展，现代阻抗测量大都使用自动平衡电桥法，不仅测出阻抗，还可以直接显示L-Q,C-D,R-D和Z-Q电感电容值参数等。

选型方法

LCR数字电桥根据被测器件需要的频率、电平进行主机选型；

LCR数字电桥根据被测器件封装进行夹具选型；

LCR数字电桥根据被测器件是否需要直流偏置，选配偏压盒、偏流盒； 

测试技巧

1、什么时候加偏压盒？

当需要测试带有直流偏置的元器件时，比如二极管的导通电容，需要加偏压测试；类似的，在需要加直流电流偏置时，可以选用偏流盒；

2、品质因子Q和损耗因子 D的电学含义：

电感器的品质因子Q是表明器件接近纯电抗的程度，品质因子越大，说明电抗的值越大，实部串联电阻越小，能量损耗小。

对于电容器来说，表示纯度的这一项通常用耗散因素(D)，D=1/Q；因此D越小，电容容抗越大，效能越好。

3、LCR表的内阻30、50、100Ω如何选择？

为了降低铁心材料的非线形，测电感一般用大内阻100欧姆，降低测试信号电平；为了与其他家型号的测试仪进行数据对比，必须保证与其有相同的信号源内阻模式。其他阻抗为可提供的选择，与厂家规定的内阻测试条件一致即可。

30 Ω可类比于：CH107X/GR1689

100 Ω 可类比于：HP4284A/E4980A/Chroma3250

10 Ω/CC可类比于：CH106X/WK3245

50 Ω可类比于：HK3532

另外，10/100内阻模式：当用户需要用 100kHz 测量 1uF~10uF 的CBB的损耗时，可以使用这种内阻模式，可以提高测量结果特别是损耗因子的稳定性。

4、 为什么说LCR 电桥很难测高Q和低D器件，比如MLCC片式多层陶瓷电容器？

LCR电桥 Q值和 D值测量是依据如下图原理公式计算得来：

假定 Q = 10，0 则 ESR 为 1/100 的 XL。可见，ESR 在 Z = ESR + j*X中L 占的分量比较小，所以仪器或测量环境引起 ESR 微弱的变化都会被放大 100 倍，反应出的现象就是：Q 值稳定性不好或测量数据跳动较大。同样的道理也适用于电容 D 的测量。

用户能做的就是尽量选择好一点的测试夹具改善效果，原则：能用 0m 的不要用 1m 的，能用 4 端测量不要用 2 端测量。

本文由安泰测试整理发布，欢迎各位关注微信公众号“安泰测试”留言探讨，更多仪器知识欢迎访问安泰测试网。

1、什么是PCR

PCR是聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction）的简称，其是一种用于放大扩增特定的DNA（或RNA）片段的分子生物学技术。这种技术模拟体内DNA的天然复制过程，能将微量的DNA进行特异性的扩增，在短时间内获得足够的DNA，是分子生物学研究中不可缺少的一员。

2、标准PCR的过程

此项技术是模拟DNA的天然复制过程，其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物，在整个PCR过程中包含了变性——退火（复性）——延伸三个基本反应步骤。

• DNA变性（90℃-96℃）：双链DNA模板在热作用下，氢键断裂，形成单链DNA。

• 退火（复性）（40℃-65℃）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链。

• 延伸（68℃-75℃）：在Taq酶（在72℃左右最佳的活性）的作用下，以dNTP为原料，从引物的5′端→3′ 端延伸，合成与模板互补的DNA链。

每一循环经过变性、退火和延伸，DNA含量既增加一倍。

3、为什么要使用梯度PCR仪呢

梯度PCR仪是指一次性PCR扩增可以设置一系列不同的退火温度条件的仪器，因为不同的DNA片段其最适退火温度不同，采用梯度PCR仪通过设置一系列的梯度退火温度进行扩增，从而一次性PCR扩增就可以筛选出表达量高的最适退火温度，优化反应条件，进行有效的扩增。

在理想状态下，退火温度足够低，以保证引物同目的序列有效退火，同时还要足够高，以减少非特异性结合。

使用普通的PCR仪进行扩增时，只能运行一个特定的退火温度，当目的基因的退火温度不适时，就可能出现假阳性，影响实验结果。而对于梯度PCR仪，不但可以作为普通PCR仪使用，也可以通过设置不同的温度梯度（通常为12个梯度温度），研究未知DNA退火温度的扩增，有效降低或避免假阳性，同时在不理想的工作条件下扩增出产物，既节约成本也提高了实验效率。

适用于分子生物学、微生物学、遗传学、细胞生物学、食品科学和农学等领域，进行分子克隆、基因表达分析、基因型鉴定、测序、病原微生物分析等实验研究。

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DPO70000SX 提供了高达 70 GHz 模拟带宽的超高带宽实时信号采集和分析功能。已获专利的异步时序交织(ATI)结构为实时信号采集提供了最低的噪声和zuigao的保真度。杰出的信号保真度和wanmei的信噪比，稳定精确的多通道定时，实现最准确的分析能力，紧凑的仪器封装，并能够灵活地扩容及简便地重新进行配置。

DPO70000SX 数字荧光示波器

13GHz、16GHz、23GHz或33GHz模拟带宽

100 GS/s，10 ps/采样的实时采样率

高度不到台式机的一半

DPO70000SX 系列仪器采用 5 ¼" (3U) 封装，优化了空间使用率提供了用途最为广泛的安装配置。两台 DPO70000SX 仪器的堆叠高度虽然低于类似等级的台式仪器，但是，测量性能更高。

完整的独立式示波器

尽管外形紧凑，但SX型号可提供完整的独立式示波器功能和性能。它们可以直接安装泰克高级分析应用，完成抖动、噪声、光调制或频谱分析等应用，而不要求单独的处理器或控制单元。

在希望的地方提供用户熟悉的示波器控制功能

DPO7AFP 辅助前面板是一种重要的实用附件，它完善了紧凑的仪器封装，用户可以使用熟悉的控件操作，而不要求接触仪器前面。

辅助前面板像单独封装的 USB 外设一样提供了

DPO/DSA/MSO/7000/70000 台式仪器内嵌的控制功能。即使在仪器前 面板可能会由于安装位置而被档住时，这个附件会增强易用性。

远程桌面操作

与当前 DPO/MSO70000 系列台式仪器一样，DPO70000SX型号可以使用 Windows® 远程桌面通过网络远程操作。使用Remote Desktop 工具，从实验室或从quanqiu任何地方访问示波器。

多单元系统精确同步

DPO70000SX 系列仪器包括泰克 UltraSync 多台时间同步总线。UltraSync 用来在多台仪器中同步采样时钟、触发和运行停止控制，其性能与单台示波器中的性能相同。UltraSync电缆分为1米和2米两种长度，最大限度地提高配置和布局的通用性，同时保持多台系统的定时完整性。

在多台仪器配置下运行时，一台 DPO70000SX 作为主设备，控制以扩展模式运行的一台或多台设备。任何 DPO70000SX示波器既可以作为独立示波器操作，也可以在多台配置中作为主设备或扩展设备操作。角色由 UltraSync 电缆确定，不需要进一步元素。用户可以随时解耦多台配置，以独立方式运行仪器，而不要求控制设备或其他附件。还可以在主设备和扩展设备之间增加 UltraSync 电缆，把多台独立示波器简便地组合起来。

在多台配置启动期间，配置管理器软件验证“主设备-扩展设备”电缆，在元素缺失或配置错误时提供图形反馈。在验证后，系统会显示 TekScope 用户界面，主设备和扩展设备聚集在一起，使用内置功能和高级分析应用进行显示和分析。

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一、光纤记录工作原理

人类的大脑拥有约900亿个神经元，神经元之间通过突触相互连接形成了复杂的神经网络，并由此产生各种复杂的功能。大脑能够合成和释放上百种神经递质，神经信号通过突触释放的神经递质从而在神经元之间进行传递（图1）。

图1

当神经兴奋传导到突触末端时，会刺激突触上钙离子通道打开促使钙离子大量内流，胞内钙离子浓度瞬时上升，驱动突触小泡将神经递质释放到突触间隙中，释放出的神经递质随即与突触后膜上的受体结合，将递质信号传递给下一个神经元，从而进行信息的逐级传递（图2）。这些神经元以复杂的通路投射到多个脑区，产生了学习认知、情感、控制、动机、奖励等丰富的功能。光纤记录系统则可以通过检测钙离子和神经递质的荧光变化程度来表征群体神经元的活动情况。

图2

那么光纤记录是如何检测神经活动的呢？

以钙离子荧光信号检测为例，光纤记录系统的技术原理是借助钙离子浓度变化与神经元活动之间的严格对应关系，利用特殊的荧光染料或者蛋白质荧光探针，将神经元中钙离子的浓度通过荧光强度表现出来，并被光纤记录系统捕捉，从而达到检测神经元活动的目的。

在神经系统中，静息状态时神经元胞内钙离子浓度为50-100nM，而在神经元兴奋时胞内钙离子浓度能上升10-100倍，因此我们可以通过注射钙离子基因编码指示剂（Calcium indicator，如GCaMPs、RCaMPs等）来标记钙离子。钙离子指示剂带有荧光蛋白（如GFP、RFP等）及其变异体的蛋白质，可与钙调蛋白（CaM）和肌球蛋白轻链激酶M13域结合（图3左）。当神经活动增强时钙离子通道打开，大量钙离子内流并与CaM结合，导致M13和CaM结构域相互作用，引发cpEGFP结构重排，从而增强绿色荧光信号（图3 右）。

因此我们可以通过检测钙信号的变化来表征神经元的活动，进而研究神经元活动与动物行为的相关性，探究复杂行为背后的调控机制。

图3

(Marisela Morales, et al. Neuron, 2020)

图4：VTA-VGluT2神经元编码先天逃避反应

光纤记录检测神经递质信号的原理与上述方法相同，把cpEGFP嵌入特定的神经递质受体，受体与神经递质结合后会引发受体构象改变并发出荧光信号（图5）。通过病毒注射、转染等技术手段，可以将这种可遗传编码的探针表达在细胞或小鼠脑部，借助成像技术，观察神经递质浓度的实时变化。

图5

(Yulong Li, et al. Cell, 2018)

图6：条件反射实验中伏隔核Nac脑区的DA释放

二、光纤记录实验方法

在光纤记录实验中，首先要选择合适的荧光病毒。荧光染料或指示剂是通过病毒载体转入目标脑区，常用载体为AAV病毒。根据实验的不同，需要选择特异启动子或者Cre-FloxP系统来特异标记目标神经元，无特异性的GCaMPs表达虽然可以观测群体神经元活动但无神经元特异性，光纤记录的作用在于观测特异类型神经元群体的活动。

实验流程：

1、在目标脑区注射钙荧光病毒，并在注射位点埋植光纤插针，用于收集荧光；

图7：病毒注射与陶瓷插针埋植

2、待2-3周钙荧光病毒表达后，连接光纤，使用光纤记录系统采集动物在行为学实验中大脑的钙荧光信号；

图8：病毒表达

3、通过分析软件处理钙荧光信号数据，并结合行为学视频对动物的行为进行分析。

图9：光纤记录结合高架十字迷宫实验

三、光纤记录数据分析

以瑞沃德R820三色光纤记录系统记录的数据为例。

1、数据预处理。R820三色光纤记录系统软件集信号采集与数据分析于一体，在数据分析中，数据预处理过程包含平滑处理，基线矫正，运动矫正等功能。

平滑处理可以将数据中的过多杂信号去除，最大限度的突出目标peak。基线矫正多数针对的是荧光信号因长时间记录导致漂白信号逐步下降，或者光纤的自发荧光在长期记录下逐步被漂白基线逐步下降等情况。此情形的数据因为整体呈现下降趋势，不利于后续数据作图分析，所以需要进行基线矫正。运动矫正用于采用410nm对照通道的数据，410nm数据可以用于反应背景噪音信号，运动矫正即将410nm数据与470nm数据进行拟合，通过算法从470数据中去除410nm数据的波动，得到真实的荧光数据。

图10：光纤记录数据预处理

2. 将荧光数据与动物行为数据同步对比，选择事件标记或者增加事件标记，事件相关信号分析作图。

图11：事件分析

3. 将不同组的数据进行组间对比，即可分析不同处理因素下荧光数据的差异。此外，还可结合行为学视频同步分析动物的运动轨迹。

图12：不同数据组间分析

通过以上步骤，原始的荧光数据就可以直接出图啦。

光纤记录实验的工作原理，实验方法以及数据分析已经全部讲完啦….

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让实验信号更强更准

主要功能：

主要用于半导体应用，及各种需要进行微纳工艺溅射镀膜的情形。可以用于金属材料（金、银、铜、镍、铬等）的直流溅射、直流共溅射，绝缘材料（如陶瓷等）的射频溅射，以及反应溅射能力。基片可支持硅片，氧化硅片，玻璃片，以及对温度敏感的有机柔性基片等。

工作原理：

通过分子泵和机械泵组成的两级真空泵对不锈钢腔体抽真空，当广域真空计显示的读数达到10-6Torr量级或更高的真空时，主系统的控制软件通过控制质量流量计精确控制Ar气体(如需要溅射氧化物薄膜，可增加O2)，此时可以设定工艺所要求的真空（一般在0.1-10Pa范围）。这时可以根据溅射的需要开启RF或DC电源，并通过软件选择所要溅射的靶枪，产生的Ar等离子轰击相应的靶枪(如果增加O2，氧原子则会与溅射出来的原子产生反应，实现反应溅射)。并在样品台上方的基片上沉积出相应的薄膜，薄膜的膜厚可以通过膜厚监控仪自动控制。工艺状况可通过腔门上的观察视窗实时观看。自动遮板则可以遮挡每一次除了被选中的靶枪外的其它靶枪，防止被污染。

设备优势：

考虑实验应用要求工艺数据的可靠性，NANO-MASTER的磁控溅射设备在镀膜均匀性、重复性和设备稳定性等方面均有优势。

1、镀膜均匀性：在关键的镀膜均匀性方面，对于6”硅片的金属材料镀膜，NM设备可以达到优于3%的镀膜均匀度。

2、设备制造工艺：在配备相似等级的分子泵及机械泵的情况下，NM设备普遍具有更快的抽真空速率，可在20-25分钟左右就达到高真空工艺。腔体真空的稳定度影响镀膜的性能。

3、工艺的可重复性：NM设备在工艺控制方面，有更高的自动化能力，通过PC控制，减少人工干预造成的工艺偏差。相比需要人工配合的设备，导致不同人采用同样的工艺做出来的效果却不同，甚至同一个人在不同时间运行相同的工艺做出来的效果也不同。

4、设备的紧凑性：在满足相同性能情况下，由于加工精密度方面的优势，NM设备具有更紧凑的设计，占地面积较小，节约实验室宝贵的空间。

5、设备的稳定性：NM设备的维护率较低，可以保证设备较长时间的稳定运行，保证科研进度。

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