自制數(shù)字電感表

1、自制數(shù)字電感表本電感表共分20uH、200 mH. 2mH、20mH、200mH 2H、20H7個(gè)量程，分辨力為O.OluH,所以可測量長 卜2cm導(dǎo)線的電感。校準(zhǔn)后的精度不低于3%,且電路簡潔，體積小巧。既可做成獨(dú)立的測量儀表，也可附加在 普通的數(shù)字萬用表上，電路見附圖。I 26 0C20WM 30爾 6R201.工作原理該電感測量的基本原理是恒流源法。由于運(yùn)放及外弗I元件組成一左頻率的交流恒流源，然后測疑串聯(lián)在這一恒 流源電路中電感兩端的電壓.從而得出電感的感抗，即問接測出電感的電感量。該電路由TL074和OP-37組成。TL074的IC1-1組成文氏電橋正弦波振蕩器。該振蕩器有兩個(gè)振蕩頻

2、率，通過開關(guān)K1同步切換電路中的兩個(gè) 電容來選擇頻率。兩個(gè)頻率分別是4OOHz和40kHz （理論值應(yīng)為398Hz和398kHz）,以適應(yīng)測量大小不同電感的需 要。文氏電橋振蕩器頻率的計(jì)算公式為f二1/2刃RC,這是理論公式。筆者實(shí)測其頻率隨電源電壓而變化，在本電 路的條件下，若電源電壓為5v,則f二0. 955/2 n RC若電源電壓為+3V、-6V（普通電池供電數(shù)字萬用表工作電壓）, 則f二0. 946/2兀RC。電阻R3和R4為增益調(diào)整及穩(wěn)幅元件。按圖中元件輸出振幅約7VpP.折合正弦波有效值約 為2.48V,波形的底部略有削波，但對(duì)測量精度沒有影響。若電橋元件Rl、R2選用金屬膜電阻，

3、Cl、C2選用聚 丙烯或滌綸電容。在電源電壓不變的前提下，該振蕩器的頻率及振幅均相當(dāng)穩(wěn)左。所以電感表的正負(fù)電源均應(yīng)采 用穩(wěn)左度髙的電源，以保證電感表的精度。Icl1輸出經(jīng)IC12跟隨器隔離后，作為電感表的信號(hào)源。IC1-2的輸岀經(jīng)R5R9等5個(gè)恒流電阻(均應(yīng)用金屬膜電阻)轉(zhuǎn)化為五擋交流恒流源，然后將Lx串入恒流電 路中，由于電感感抗與電感量成正比，因而，測岀了電感兩端交流電壓就測出了電感量。本電感表滿量程時(shí)電感 兩端電壓為20mV,不到IC12輸岀幅度的1%,目的是為了盡屋減少Lx感抗、附加相移、寄生振蕩對(duì)恒流源的 影響。由于電阻和感抗的合成為矢量合成.當(dāng)感抗為電阻的1%時(shí)，合成阻抗為原電阻的

4、1. 00005倍，由此造成 的理論誤差不超過十萬分之五。即使感抗為電阻的10%.理論誤差也不超過萬分之五。由此可見。恒流源環(huán)節(jié) 因待測電感造成的恒流源誤差可忽略不計(jì)。同時(shí)，也可得知，本電感表的每個(gè)量程均有超量程功能，且因恒流環(huán) 節(jié)造成的誤差也不會(huì)超過干分之五。IC1-3及電阻Rll、R10組成十倍同相放大器。電感兩端電壓經(jīng)IC1-3放大后輸入IC1-4組成的帶通濾波器， 濾除各種干擾及寄生振蕩，輸出理想正弦波。帶通濾波器也有400Hz及40kHz兩個(gè)工作頻率，與IC1-1 R時(shí)通過 K1切換電容來改變。用示波器可以觀察到，LX兩端的正弦波疊加有毛刺或寄生振蕩，通過濾波器就十分干凈了。 該濾波

5、器對(duì)于電感測量十分重要.不可省去。IC2的增益帶寬積達(dá)63MHz,屬于高速運(yùn)放(OP-37),可組成40kHz以上的線性整流器。整流器的輸出接ICL7107 組成的200mV數(shù)字表頭或普通數(shù)字萬用表200mV擋，即可指示岀電感量。一般數(shù)字表均用TL062構(gòu)成線性整流器, 由于英增益帶寬積僅為1MHz,因麗構(gòu)成的線性整流器線性范圍不超過1kHz,這正是數(shù)字萬用表交流擋只能測幾 百赫芝以下頻率的原因。本電感表要對(duì)40kHz以上的交流電壓整流，必須用寬帶運(yùn)放，才能保證其線性范用滿足 本表的要求。即使采用了上述0P-37.其小信號(hào)線性仍不理想，這也是本電感表3%誤差的主要根源。因而，若 能采用較0P-

6、37更髙帶寬的運(yùn)放，將會(huì)進(jìn)一步提髙電感表的線性和精度。由于本電感表可測出1cm導(dǎo)線的電感(約0.015 pH),因而在安裝電路時(shí)，印刷線及接線電感均可能造成誤差, 所以電感Lx的插座應(yīng)以最短距離接入電路。同時(shí)，為降低上述影響.電路中設(shè)苣了調(diào)零電路，由R20及w組成。 在20puH擋，短路電感插座調(diào)整w使數(shù)字表頭指示為零即可。當(dāng)用7107構(gòu)成的200mY表頭制作電感表的顯示器 時(shí)，ICL7107的IN-端(第30腳)應(yīng)與地?cái)嚅_，浮地輸入，以保證調(diào)零電路的正常工作。2.電感表的校準(zhǔn)調(diào)零后.在電感插座中插入標(biāo)準(zhǔn)電感，例如在20puH擋接入18uH電感，調(diào)整電阻R5,使顯示18uH即可， 然后再用同樣

7、方法校準(zhǔn)英他各擋。由于20 nH擋電流較大，約4mA,已達(dá)運(yùn)放輸出極限，本電阻與其他各擋電阻 相比要小些。貝余4擋電阻基本上為10倍率的關(guān)系。苴他各擋依此類推。如頻率不是準(zhǔn)確的39. 8kHz.則滿度 阻抗不是5Q應(yīng)重新計(jì)算，按計(jì)算后的電阻值代替LX進(jìn)行校準(zhǔn)。在40kHz頻率校準(zhǔn)各擋后，將頻率降為400Hz- 般不用校誰?？捎?00Hz各擋測幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電感或電阻，若誤差太大，可能是頻率或振幅較之40kHz擋變化太大， 應(yīng)檢查電容c7和C8是否不準(zhǔn)或不等。由于電感有直流電阻、寄生電容，本電感表測量的是總阻抗，因而當(dāng)電感的寄生電容、直流電阻過大時(shí).測量 誤差也會(huì)較大。為減少寄生電容影響，本表設(shè)垃40

8、0Hz、40kHz兩個(gè)頻率作測量頻率，當(dāng)電感大時(shí)，寄生電容也 往往較大，只能用低頻測量.以減少電容造成的誤差。對(duì)于直流電阻，若在測量頻率下，電阻小于感抗的10%, 則測量誤差0.5%：若電阻小于感抗的20%,則誤差2%：當(dāng)電阻大于感抗的20%時(shí)，誤差過大.不宜測量， 或測量后剔除電阻造成的誤差。例如用40kHz澳U收音機(jī)中波中周電感，約585uH,工作正常，若在400Hz下測量其感抗只有1.5Q而直流電阻髙達(dá)5Q,測岀的就只能是電阻而非電感了。 另外。當(dāng)測量帶有磁芯的電感時(shí).還要考慮磁芯導(dǎo)磁率的影響。磁芯導(dǎo)磁率不是常數(shù)，而是磁通密度的函數(shù)。 當(dāng)磁通密度為零時(shí)，磁芯有一個(gè)初始導(dǎo)磁率。當(dāng)磁通密度增大時(shí)，導(dǎo)磁率上升，且有一個(gè)最大值，然后隨磁通密 度增大而減小，當(dāng)磁芯達(dá)到磁飽和時(shí)，導(dǎo)磁率趨近于1。例如，用本電感表測16.5HH的空芯電感，在201 uH 擋顯示16. 50：在200uH擋顯示16.5：在2mH擋顯示16：在20mH擋顯示1,誤差較小。