[導(dǎo)讀]
電感作為一種電子元器件，其主要功能就是將電能轉(zhuǎn)化為磁能。本文就來初步探索電感設(shè)計(jì)之外的測量問題。一般在設(shè)計(jì)之后都會發(fā)現(xiàn)電感值比預(yù)計(jì)的小，換了磁芯之后并未出現(xiàn)明顯區(qū)別，在10K和100K的工作頻率
電感作為一種電子元器件，其主要功能就是將電能轉(zhuǎn)化為磁能。本文就來初步探索電感設(shè)計(jì)之外的測量問題。一般在設(shè)計(jì)之后都會發(fā)現(xiàn)電感值比預(yù)計(jì)的小，換了磁芯之后并未出現(xiàn)明顯區(qū)別，在10K和100K的工作頻率下測試都是如此，那么如何將直流偏置加到電感測量中？
經(jīng)過思考，可以嘗試通過恒流源來實(shí)現(xiàn)這個功能，但明顯這個恒流源不能用普通的開關(guān)電源加橫流控制來做，因?yàn)楹竺嬗须娊猓@個電解實(shí)際上和電感并聯(lián)，測量不到正確值，那么應(yīng)該怎么做呢，下面就來進(jìn)行一下討論。
對電源輸出電壓的穩(wěn)定性要求不高, 允許它變動。如果不要電流sense電阻上面的電阻, 連差分放大也不要,直接從PNP的 E 取樣到運(yùn)放, 只能固定電流sense電阻下端電位, 輸入電壓變動了,怎么辦？ 所以,來了個隨動的取樣, 你變我也變。
理論上，電流源的內(nèi)阻將并在被測元件上，造成理論測量誤差。所以，電流源的動態(tài)內(nèi)阻非常重要。要簡化電路，以提高電流源的內(nèi)阻特性。
當(dāng)溫度發(fā)生改變, PN結(jié)導(dǎo)通電壓發(fā)生改變,輸入供電電壓也發(fā)生變動，這種結(jié)構(gòu)不適合恒流要求嚴(yán)格的場合。
室內(nèi)溫度變化是比較小的。實(shí)驗(yàn)室測量也是短時間就可以完成的事。加之小功率電路的發(fā)熱也非常少。只要先測好電流，這樣的誤差不用考慮。PN結(jié)的穩(wěn)飄為2~3mV/C。只要電流反饋夠深(如反饋信號取2V)，溫飄誤差就非常小。
就是集電極電壓會對基極發(fā)生調(diào)制效應(yīng)。指基區(qū)的有效寬度隨集電結(jié)的反偏電壓的變化而變化的效應(yīng)。當(dāng)集電結(jié)反向電壓增大時，集電結(jié)的空間電荷區(qū)加寬，這就引起基區(qū)有效寬度變窄。因而載流子在基區(qū)復(fù)合的機(jī)會減小，所以基極電流Ib隨集電極反偏電壓增大而減小，也就是基區(qū)有效電阻增大，因此又叫電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。
所以基極電流Ib隨集電極反偏電壓增大而減小，也就是基區(qū)有效電阻增大，因此又叫電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。如此說來,可否將基極調(diào)制效應(yīng)簡單好記憶地理解為: Uce高反壓下,電壓放大倍數(shù)會減小。 換句話說: 三極管供電電壓VCC越大,放大倍數(shù)反而會下降. 核心理由: 高反壓下, 基區(qū)有效電阻增大。
基極調(diào)制效應(yīng)會導(dǎo)致高反壓情況下直流放大倍數(shù)下降, 這樣說似乎更準(zhǔn)確些. 高反壓下,基區(qū)有效電阻增大,這個電阻對應(yīng)的是靜態(tài)電阻. 交流等效電阻和靜態(tài)等效電阻是兩會事. 比如: 電流源的靜態(tài)電阻很小, 但對應(yīng)的交流動態(tài)電阻可認(rèn)為無窮大。
作個極限假設(shè): 集電結(jié)反向電壓為無窮大, 集電結(jié)的空間電荷區(qū)無限加寬,，基區(qū)有效寬度被擠壓為0 , 沒有載流子復(fù)合，也就無法形成基極電流Ib ( 認(rèn)為基區(qū)有效電阻為無窮大) , 沒有Ib 也就沒有IC , 電壓放大倍數(shù)為0。
下面做一下重點(diǎn)的總結(jié)。
電源輸出功率小于實(shí)際設(shè)計(jì)功率；
示波器測量發(fā)現(xiàn)電感明顯小于設(shè)計(jì)值；
用電感儀測量電感兩種磁芯又沒有明顯的區(qū)別；
這里以一個笑話為例，方便大家理解。直流電動機(jī)有個很大的起動電容，有人就想啊，那東西又大又貴，如果用兩個小電解電容代替。只要容量一樣，耐壓一樣，不就行了!結(jié)果老是炸電容，他就想，是電解電容的容量不準(zhǔn)確?耐壓不夠?是交直流的原因?用更高的耐壓?用更先進(jìn)的測電容儀?用更準(zhǔn)確的電容?用交流雙極性電解電容?
其實(shí)什么都不是，就是電容的過流電流小的原因?；氐诫姼猩蟻碚f，同樣形狀的磁芯，同樣的磁感量(用同一線圈套不同的兩磁芯來測電感量值)，為什么工作起來不一樣呢?原因在哪呢?其實(shí)就是一個原因，就是磁芯的最大磁通值不一樣。想測磁芯的最大磁通值，其實(shí)也容易，不一定要高級設(shè)備，有時可以簡單到只用220V交流電，燈泡，交流電壓表就行了。
電感的衰減主要和磁性材料的特性有關(guān)，如果加電流測空心線圈，電感量沒有變化，因?yàn)榭諝獾拇艑?dǎo)率是恒定的。但是對于磁芯，加電流后形成的磁場將會改變其特性，磁導(dǎo)率先上升后下降，對于高u值的帶磁芯電感，這個衰減速度很快，對于低u值的帶磁芯電感，這個衰減不是很明顯。
所以設(shè)計(jì)濾波電感，磁材的選擇很重要，工作在最大電流時，電感值衰減量應(yīng)該保證在10%較好。其實(shí)只要用TL431加PNP再加幾個電阻就可集合所有的優(yōu)點(diǎn)了。
經(jīng)過思考，可以嘗試通過恒流源來實(shí)現(xiàn)這個功能，但明顯這個恒流源不能用普通的開關(guān)電源加橫流控制來做，因?yàn)楹竺嬗须娊猓@個電解實(shí)際上和電感并聯(lián)，測量不到正確值，那么應(yīng)該怎么做呢，下面就來進(jìn)行一下討論。
對電源輸出電壓的穩(wěn)定性要求不高, 允許它變動。如果不要電流sense電阻上面的電阻, 連差分放大也不要,直接從PNP的 E 取樣到運(yùn)放, 只能固定電流sense電阻下端電位, 輸入電壓變動了,怎么辦？ 所以,來了個隨動的取樣, 你變我也變。
理論上，電流源的內(nèi)阻將并在被測元件上，造成理論測量誤差。所以，電流源的動態(tài)內(nèi)阻非常重要。要簡化電路，以提高電流源的內(nèi)阻特性。
當(dāng)溫度發(fā)生改變, PN結(jié)導(dǎo)通電壓發(fā)生改變,輸入供電電壓也發(fā)生變動，這種結(jié)構(gòu)不適合恒流要求嚴(yán)格的場合。
室內(nèi)溫度變化是比較小的。實(shí)驗(yàn)室測量也是短時間就可以完成的事。加之小功率電路的發(fā)熱也非常少。只要先測好電流，這樣的誤差不用考慮。PN結(jié)的穩(wěn)飄為2~3mV/C。只要電流反饋夠深(如反饋信號取2V)，溫飄誤差就非常小。
就是集電極電壓會對基極發(fā)生調(diào)制效應(yīng)。指基區(qū)的有效寬度隨集電結(jié)的反偏電壓的變化而變化的效應(yīng)。當(dāng)集電結(jié)反向電壓增大時，集電結(jié)的空間電荷區(qū)加寬，這就引起基區(qū)有效寬度變窄。因而載流子在基區(qū)復(fù)合的機(jī)會減小，所以基極電流Ib隨集電極反偏電壓增大而減小，也就是基區(qū)有效電阻增大，因此又叫電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。
所以基極電流Ib隨集電極反偏電壓增大而減小，也就是基區(qū)有效電阻增大，因此又叫電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。如此說來,可否將基極調(diào)制效應(yīng)簡單好記憶地理解為: Uce高反壓下,電壓放大倍數(shù)會減小。 換句話說: 三極管供電電壓VCC越大,放大倍數(shù)反而會下降. 核心理由: 高反壓下, 基區(qū)有效電阻增大。
基極調(diào)制效應(yīng)會導(dǎo)致高反壓情況下直流放大倍數(shù)下降, 這樣說似乎更準(zhǔn)確些. 高反壓下,基區(qū)有效電阻增大,這個電阻對應(yīng)的是靜態(tài)電阻. 交流等效電阻和靜態(tài)等效電阻是兩會事. 比如: 電流源的靜態(tài)電阻很小, 但對應(yīng)的交流動態(tài)電阻可認(rèn)為無窮大。
作個極限假設(shè): 集電結(jié)反向電壓為無窮大, 集電結(jié)的空間電荷區(qū)無限加寬,，基區(qū)有效寬度被擠壓為0 , 沒有載流子復(fù)合，也就無法形成基極電流Ib ( 認(rèn)為基區(qū)有效電阻為無窮大) , 沒有Ib 也就沒有IC , 電壓放大倍數(shù)為0。
下面做一下重點(diǎn)的總結(jié)。
電源輸出功率小于實(shí)際設(shè)計(jì)功率；
示波器測量發(fā)現(xiàn)電感明顯小于設(shè)計(jì)值；
用電感儀測量電感兩種磁芯又沒有明顯的區(qū)別；
這里以一個笑話為例，方便大家理解。直流電動機(jī)有個很大的起動電容，有人就想啊，那東西又大又貴，如果用兩個小電解電容代替。只要容量一樣，耐壓一樣，不就行了!結(jié)果老是炸電容，他就想，是電解電容的容量不準(zhǔn)確?耐壓不夠?是交直流的原因?用更高的耐壓?用更先進(jìn)的測電容儀?用更準(zhǔn)確的電容?用交流雙極性電解電容?
其實(shí)什么都不是，就是電容的過流電流小的原因?；氐诫姼猩蟻碚f，同樣形狀的磁芯，同樣的磁感量(用同一線圈套不同的兩磁芯來測電感量值)，為什么工作起來不一樣呢?原因在哪呢?其實(shí)就是一個原因，就是磁芯的最大磁通值不一樣。想測磁芯的最大磁通值，其實(shí)也容易，不一定要高級設(shè)備，有時可以簡單到只用220V交流電，燈泡，交流電壓表就行了。
電感的衰減主要和磁性材料的特性有關(guān)，如果加電流測空心線圈，電感量沒有變化，因?yàn)榭諝獾拇艑?dǎo)率是恒定的。但是對于磁芯，加電流后形成的磁場將會改變其特性，磁導(dǎo)率先上升后下降，對于高u值的帶磁芯電感，這個衰減速度很快，對于低u值的帶磁芯電感，這個衰減不是很明顯。
所以設(shè)計(jì)濾波電感，磁材的選擇很重要，工作在最大電流時，電感值衰減量應(yīng)該保證在10%較好。其實(shí)只要用TL431加PNP再加幾個電阻就可集合所有的優(yōu)點(diǎn)了。
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