电感的测量

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1、电感L的测量学号：1028401083 姓名：赵静怡一、实验目的：设计一个能够测量电容器件参数的测量电路。该测量电路应具有如下功能：电容L测量仪的量程范围如下：100uH-10mH二、实验原理：通过上网查找资料，我了解到，要完成一个完整的测试电路，其 中必须包括电容三点式振荡器和设计跟随器两部分组成。振荡器：一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选 频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信 号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号 是相位相同的，只有这样才能使振荡维持下去。选频网络则只允许某 个特定频率 f 能通过，使振荡器产生单一频率的输出。振

2、荡器的起振条件：振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是 由以下两个条件决定的；一个是反馈电压 U 和输入电压 U 要相 等，这是振幅平衡条件。二是U和U必须相位相同，这是相位平 衡条件，也就是说必须保证是正反馈。一般情况下，振幅平衡条件往 往容易做到，所以在判断一个振荡电路能否振荡，主要是看它的相位 平衡条件是否成立。三点式电容振荡器是自激振荡器的一种。由串联电容与电感回路 及正反馈放大器组成。因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三 个管脚分别相接而得名。它的优点是：反馈电压取自电容 ，而电容 对晶体管非线性特性产生的高次谐波呈现低阻抗，所有反馈电压中高 次谐波分量很小，因而输出波形很好；其

3、缺点是：反馈系数因与回路 电容有关，如果用改变电容的方法来调整振荡频率，必将改变反馈系 数，从而影响起振。剪斗2 考毕益电容三世式粧荡器射极跟随器：信号从基极输入，从发射极输出的放大器。其特点 为输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大系数略低于1,负载能力强， 输入信号与输出信号相位相同。也可认为是一种电流放大器。常作阻 抗变换和级间隔离用。三极管按共集方式连接，基极与集电极共地， 基极输入信号，发射极输出，亦称为共集电极放大器。动态电压放大 倍数小于1并接近1，且输出电压与输入电压同相但是输出电阻低，电感L的测量方式:由振荡器谐振频率计算公式:W4lcLC振荡器有基本放大器、选频网络和正反馈网络三

4、个部分组成。 为了维持震荡，放大器的环路增益应该等于1，即AF = 1，因为在谐振频率上振荡器的反馈系数为F所以维持振荡所需的电压增益应该是：电容三点式振荡器的谐振频率为C C1_2 -C + C1 2在实验中可通过测量周期T来测定谐振频率，即f 二-oT所以只要通过示波器观测到正弦波的周期，就可以通过频率推出 实验中的待测电感的数值。三、实验仿真和参数确定：根据多查找的资料，经过整理和分析，将电容三点式振荡器和射 极跟随器结合，在Multisim上完成下图的仿真。前端共射级放大电 路，R1和R2 一般选取较大的电阻，根据老师所给的材料选择100k Q，R4和R1、R2 样，由于是上拉电阻，所

5、以阻值选择较大，选择 100 kQ。而其他参数的确定，则是根据示波器的仿真，选择了一个 和正弦波失真最小的情况。根据上述电路图，通过仿真就可以得到以下波形图，此时电感L选择了 10mH。诗 Sirnulrted T?ktroniis( 0 SCI II D5COpc-XSClTBkt roniis】i上4借汽呱 . “ 畔J丄F?VEe： 0000FUECiMTALPZr5iii：inMKiT.-h妁LT宕穴的 1 FIG1-JlX-TLVOLTMWRT-SIIOM* :LRnJR i曲 LTSJCiVI购VOLT5/7IVPfiSifiCiH.民LP虫買11L通过上述波形图，我们可以看到频率

6、为7.5kHz。C3C4C + C34-L = ( 1 )2 * C3 + C4 = (1)2 * L * 109=9mH2f兀C3C42 x 7. 5 x 103兀100误差:(910)/10=10%将电感的数值换成 4.7mH，通过示波器，我们可以看到频率为 10.5kHz。常 Siimuhted TTektronm 0 so II qkopc-XSCITklrfinix- I 311 I AcFSiC O?CldOxb0rEraarriGnW5rrani 网WDLTMXYvaLTSiorv :UZFUMTEJMtHiUS-ZBCl-VOLTE.riVEX.T TGsiPGWEFfo1I2

7、兀；L -C3C4C + C34-L = ( 1 )2 * C3 + C4 = (1)2 * * i09=4.6mH2f兀C3C42 x 10.5 x 103兀100误差：2% 误差分析：由于实验器材的限制和设计可能没有最优，前端放大电路 的静态工作点不是最理想的情况，导致通过射极跟随器得到的波形失 真，频率产生误差。通过对电感调整不同的值，可以看到，本电路在电感值较小的情况下，误差较小。随着电感值的上升，误差也会随着 增大。四、用Altium Designer进行PCB图的制作1. 画出电路的原理图2. 创建 PCB 图纸，通过 DesignImport Changes Form PCB，得

8、到电路元件。之后通过Au to Rou te进行自动布线。得到PCB图。200000 (mil)五、电路板实际测量1、首先进行电路各元件参数的测量元件R1R2R3R4R5数值99.2KQ97.9KQ1.99KQ100KQ1.026KQ元件R6R7C2C3C4数值2KQ0.981KQ2.14nF95.2nF90.1nf元件C5C6C7数值22uF2.61nF22uF2、根据上述仿真电路图进行焊接，焊接电路板如下（将电感部分用单排底座焊接，用于调换不同的电感值）：O-DD: oaioel va 7oQoQ $ 壬-)口 产TU -ai-19o 心 047 00-0也 ooflie2oooQd-n*

9、g3s?r aDAJS-z-c.JIoQo-aQ已 ”a 4.1QaA “marlr suaQ 厅 I- ws*fl-v电 F I S0A.34-1* &snOQCC 040 口Qdalp OGcfvce-f o wQaaacKF 74也 0O-1 w*-oe-CQ - hj a-a -I- . r 焙口 gi-ddl: :a-ooooc- - wJjoloor:c! _.lffiaoan - 障Dcxm。 CSIoauDUCI! fl0 口aopB 厲口 0 口 Qc?: 总-3:黑象?,匸 o_v&-oqqgc !l唱cec口 PGcr 阳Ogeg-Q 口匸o匚匚 沁 gcQecGI-G伫

10、Gr 卿囂嚣覧IfiiQ gJO轉 QO-mQococ 報黑誰號誥站 収陰厳?3、当电感选择4.7mH时，接入示波器，得到如下波形:从图中可看出信号的周期为86.57us，频率为11.55kHz.根据计算：oC3C4C + C34沽)2C3 + C4C3C412 x 11. 5 x 103兀)295.2 + 90.1*95.2 * 90.1* 109 =4.14mH误差：11% 当电感选择10mH时，接入示波器，得到如下波形:从图中可看出信号的周期为121.3us，频率为8.242kHz.根据计算：C3C4C + C34C3 + C4C3C412 x 8. 242 x 103兀)295.2 +

11、 90.1*95.2 * 90.1* 109=8.1mH误差：19% 误差分析：1. 根据实验提供的元件，在仿真时，就不能将静态工作点完全调节 在稳定的放大区。在实验室，由于电阻阻值的偏差，静态工作点 的位置出现了比仿真时更大的偏差，所以误差进一步加大。2. 随着电感值的上升，测量的精确度在不断下降。所以此电路不适 合测量较大电感。3. 电阻、电容本身存在的不可避免的误差以及设备仪器本身存在的 系统误差。4. 所测量的电感，可能本身就不是和标称电感值完全符合，所以测 量出现误差较大。六、实验总结通过本次综合实验，我在以下几点得到了提高：1. 拿到一个课题，学会将课题分成不同电路组成部分，逐个突

12、破。2. 学会通过网络和书籍查找专业资料，了解电路所需要的关键器件和经典电路的组成。在本实验中，我就是通过网络和模拟电路书查找“电容三点式”和射极跟随器的基本构成。3. 学会根据电路的需要，自己在基本电路的基础上，做一定的改变。 比如在本次试验中，选择了“考毕兹电容三点式”，是电路的测量 更加合理简单。4. 根据所学知识和老师提供的实验元件，合理给出电路中的各个参 数。在本实验中，重点是前端放大电路的静态工作点的稳定。同时，在本次试验中，我设计的电路依旧存在问题。特别是在电 路板的实际测量中，误差达到了19%，这样的电路是不能用于实际测 量的。这是由于我局限在了所提供的元件中，没有自主的设计更合理 的电路参数。同时，对实验电路图中的各个电感元件的设计还不到位， 我只是通过 Multisim 仿真，选择了一个看上去误差较小的设计方案。 在今后的实验中，应该更注重自主的设计和研究，将误差减小到最小。