使用标准设备以高精度 (1%) 测量电感的方法?

电器工程 电感器 测量 电感测量
2022-01-26 23:50:30

我正在模拟交互振荡电路的精细行为。我查找了几种测量电感的方法。我相信我会忠实地遵循程序,但我获得的值并不像我期望的那样精确。原则上,这是一个基本问题,但理想情况下,我希望精度为 1% 或更低,而且我不相信我能用我能找到的方法来实现它。我有一个 Tektronix 1001B 示波器和一个非常标准的信号发生器。

第一:这个设备1%的精度是不是不切实际?

如果没有,我在这里按照正弦波测量电感的程序:https ://meettechniek.info/passive/inductance.html (我还尝试了调整频率直到电感电压为总电压一半的方法) .

测量电感

我测量了两个串联的电感;作为健全性检查,我还分别做了两个电感器。L1是一种看起来像电阻的电感器(见下图中绿色的东西);Lcoil 是一个线圈电感器(见下文)。标称值为 L1=220 uH 和 Lcoil=100 uH,所以我预计总共大致 Ltot=320 uH。所有测量均使用 f=95kHz,因为这是工作频率。

  • R_s=100 Ohm 给出 Ltot=290、L1=174 和 Lcoil=122 (L1+Lcoil=296)
  • R_s=56 Ohm 给出 Ltot=259、L1=174 和 Lcoil=98 (L1+Lcoil=272)

这些是我能期待的最好的数字吗?线圈值变化超过 20%,总值变化约 10%。我没有电子背景,所以如果我忽略了一些基本的直观原理,请告诉我!

电感器

编辑:我添加了一个计算的屏幕截图,它提供了电感和电感电阻的值。 计算

3个回答

您使用的方法对错误非常敏感,ESR 可能是一个问题,但确定确切的电压比也不容易。

我会使用 LC 并联谐振:

\$F_c=\frac 1 {2\pi\sqrt{LC}}\$

获得 1%(或更好)精度的电容器。如果您没有这样的电容器,那么就忘记整个事情,您将无法获得 1% 的准确度。

使用这样的电路:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

如果您有 Lx 的粗略值,则使用上面的公式结合准确的电容器 C_1% 来确定谐振频率。

您应该瞄准信号发生器可以轻松生成的频率,例如 1 MHz。将发电机输出电压设置为几伏,确切的值无关紧要,因为我们要确定谐振频率

改变发生器的频率,并在示波器上密切注意信号幅度振幅最大的频率,即共振频率。那么用那个频率和C_1%的值来确定Lx的值呢?使用上面的公式。

如果信号发生器不是很准确(如果它是模拟信号发生器),则使用示波器测量频率。您需要一个优于 0.01% 的准确频率值,否则您无法获得 1% 的整体准确度。您的示波器是数字示波器,因此它可以更准确地测量频率。

Sunnyskyguy概述了一个很好的方法。精度确实取决于谐振电容误差。另一个误差项是频率:Tek 1001B 的晶体控制时基应该使频率测量准确。

值得概述替代测试配置:LC 系列。你可以用函数发生器+示波器来做这个。函数发生器输出一个适当幅度的正弦波:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab
调整函数发生器频率创建的示意图,以寻找示波器上的幅度下降。下降的深度表示电感质量 Q。如果您的函数发生器正弦波失真低,您可以查看电感中的非线性是否会导致在下降频率处可观察到谐波。谐波也可能由函数发生器失真引起。
\$ L={{1} \over {(2\pi f)^2 C_{test}}} \$
这种方法的优点是不用示波器探头电容。从函数发生器到测试夹具的路径应尽可能短。从测试夹具到示波器可能更长(使用 1x 探头)。
许多函数发生器具有精确的内部 50 欧姆源电阻。如果没有,您可以连接一个 50 欧姆衰减器,以建立一个稳定的 50 欧姆源电阻。在 LC 串联谐振频率下,函数发生器的\$ R_{internal} \$和测试电感的内阻之间有一个分压器。下降幅度示波器电压允许计算电感器的电阻。使用双电阻分压器计算求得:
\$ R_{inductor} = {50{V_{dip}} \over {V_{open-cct}- V_{dip}}} \$

您可以使用串联或并联谐振,具体取决于您在谐振时选择的阻抗以及您对任一模式的期望Q。这里 100 kHz 是 ~ 100 ohms,而 30 dB 的 Q 意味着DCR为 0.1 ohms 。

这可能会受到您的驱动程序GBW产品的限制。300 ohm (1+f) / GBW = R out除非电流受限。

在此处输入图像描述

由于ESR非常低,这里我选择了 10 nF 薄膜。但是如果我想测量它,我需要缓冲输出阻抗低于线圈的 DCR。放大是信号的 Q 或阻抗比。

这里 L 和 DCR 都是通过额定系列 C 和来自 1 MHz 的陷波 SRF 的自绕电容来找到的。您的里程会有所不同。

通常您想在将要使用的频率范围内对其进行测试。然后决定是否要添加直流偏置电流和交流耦合信号以与直流电源隔离。

通常,RLC 仪表使用 1 kHz 至 1 MHz 的恒定电流正弦波。然后测量电压和相位以计算 RLC。