对电感及其回路参数的常见测量方法有电桥法、恒流法、谐振法等。在专业测量设备中一般用谐振法。谐振法测量的最大优点是被测电感元件的测试条件与实际运用条件接近,测量值更接近实际使用的真实数值。下面是一种利用串联谐振原理制作的电感参数测量仪器,它的表盘刻度是均匀线性的,电感参数直接读取使用简单方便。回路Q值的参数通过电流表读取。最大不超过50。谐振回路带宽的大致范围也可通过配合Q值表与刻度盘上的频率刻度数值得知d该电感测试仪器使用元件少,很容易制作成功,误差在2%以内。下图是其原理图。
1.电路原理
电路的核心器件是BI-FEIT四运放集成块LF347N,它的引脚排列与LM324相同,差别在于LF347N是高输入阻抗宽频带运放。A1、A2组成一变形特殊文氏电桥振荡器,它的性能较好、频率覆盖范围宽,频率调整只需一只电位器(图中的Rx>,桥臂电容为CO,电阻为RO,其中R0‘的数值比R0大约5%~10%、振荡幅度的稳定是通过对R1’、D1、D2调节来进行的,振荡器的输出频率:
式中R0、CO为固定数值,振荡频率取决于Rx的大小,在图21中给出的数值情况下,考虑到Rx调至最小数值时不易分辨,故Rx值取50kΩ4.7MΩ,理论计算频率范围约为100.1Hz~1000Hz。实际频率计测试为99Hz-.1390Hz,基本相符合。由于振荡器在低频时Rx数值很大,并且频率覆盖范围大,应首选高输入阻抗运放,如果选用普通运放就可能出现低频不振荡、高频失真严重的情况。这一点可以通过示波器直接观察到,这也是本电路选用了LF347N运放的原因。运放A3、互补管Gl、G2共同组成电压跟随器,G1、G2可以将运放A3的输出电流扩大,提高A3的带负载能力。R02是精密多圈电位器,振荡器的输出幅值较大,调节R02可以将输出到A3的电压调节到需要值,电路中该值是100mV。A3的负输入端是Lx、C0‘组成的谐振回路,Lx是被测电感,CO’是不同挡位的倍率谐振电容,配合Lx可以测试不同的电感范围。由于回路在谐振状态时即使输入电压很小电流也很大,所以A3的输出电压取得很小,只有100mV,以防止电流过大超过输出级的电流提供范围。运放A4、外围的高频二极管、R03等组成交流恒流电路,可以在较宽的频率范围内让电流表的电流读数正比手输入端谐振电容的端电压。R03是多圈精密电位器,可以将表头指针校准至满幅度。调节Rx。在谐振回路失谐时CO‘电压很低,电流表输出数值也很小,在谐振时有如下关系Uco'=Q×Ui,即Q=Uco’/Ui,其中Ui≈100mV,Q值表的读数原理就是根据该公式得到的。Q值越大。谐振电容的端电压越高,从电流表的读数就能知道回路Q值的大小,受电源电压限制,电路测试的Q值不超过50。
2.电位器Rx的刻度与读数原理
振荡器的输出频率由式(1)决定。将Lx接入被测回路并选Co'=Co,即1倍率挡位,调节Rx改变频率,直到谐振时表头读数为最大值。这时回路谐振满足关系式:
(3)式中,(R0×C0)为常数,可以看出Lx的电感数值正比于Rx的阻值。或者说如果取一阻值线性调节的电位器Rx并在电位器上进行电感数值标定,电感数值与Rx阻值变化成正比。
并且刻度将是线性化的,这就给读数及刻度标定带来很大方便。实际的测试结果、刻度标定与理论推测,也证明了这一点。
由于振荡器的输出频率范周有限,不可能将所有测量数值覆盖。需要进行不嗣倍率的挡位切换。本电路通_过改变谐振电容Co‘进行量程切换,下表是在桥路电容CO为0.01μF、RO为2.7kΩ时的理论推算与实测对照表。