詳細(xì)教程：電感測試儀和磁場探頭

在缺乏昂貴測試設(shè)備的情況下，圖1中的電路可以提供一種測量電感的簡單快捷的替代方法。其應(yīng)用包括驗(yàn)證電感值是否接近設(shè)計(jì)參數(shù)，并描述未知參數(shù)的磁芯特性。按照設(shè)計(jì)，電路可測試大多數(shù)用于電源中的電感，以及很多RF電路中的電感。

電路由兩個(gè)級聯(lián)的共射放大器級組成，構(gòu)成一個(gè)不飽和交叉耦合觸發(fā)器。一個(gè)共射級用作相位變換，兩個(gè)級聯(lián)級構(gòu)成一個(gè)非反相的反饋放大器，其增益產(chǎn)生反饋。沒有待測電感L的情況下，反饋發(fā)生在直流狀態(tài)，電路表現(xiàn)為一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可取兩種穩(wěn)定狀態(tài)中的任何一個(gè)。連接電感后，將直流正反饋降低到反饋電平以下。因此，反饋可以只發(fā)生在交流狀態(tài)，電路成為一個(gè)非穩(wěn)振蕩器。

通過盡量減小晶體管的存儲時(shí)間，使晶體管保持在飽和狀態(tài)以外，可以加快電路的運(yùn)行。差不多任何型號的高速小信號RF晶體管都能提供適合的開關(guān)速度，雖然較低頻率的器件也可以工作，但減小了小電感測量的范圍。電路的振蕩頻率與待測電感成反比，你可以用頻率計(jì)數(shù)器或示波器來測量振蕩頻率。

圖2顯示一個(gè)大約為100mH 電感產(chǎn)生的波形。振蕩頻率取決于由待測電感和電阻RL與RR構(gòu)成的L/R時(shí)間常數(shù)。波形改變其狀態(tài)所花時(shí)間與電感值成正比，

對半周期，它大約為 THALF=“L/100”。振蕩循環(huán)的整個(gè)周期是該值的兩倍，或 TFULL=“L/50”。算出電感值，L=50&TImes;TFULL。另一種方法是，頻率與電感值成反比，或fOSC=50/L。用頻率計(jì)數(shù)器可以測得電感為L=50/fOSC。

電路的有限開關(guān)速度大約為10ns，因此其測量范圍有1mH的低限?？梢圆捎脤⑿‰姼信c大電感串聯(lián)的方法，記下讀數(shù)，測出較大電感單獨(dú)的值，然后將兩個(gè)測量值相減得到小電感值。

雖然該電路對電感值沒有上限，但當(dāng)電感的ESR（等效串聯(lián)電阻）超過約70Ω時(shí)，電路會停止振蕩，轉(zhuǎn)為雙穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。電路可測量各種電感和變壓器繞組的值，除了有高ESR的小型低頻鐵芯器件以外。為得到最高的精度，應(yīng)使用低輸入電容的儀器來測量振蕩頻率。

為電路提供能量的是一節(jié)NiCd（鎳鎘）或NiMH（鎳氫）可充電電池。這些電池有相對較平坦的電壓/時(shí)間放電特性，可提高電路的測量精度。電路在工作時(shí)的功耗大約只有6mA。

Sandeep M Satav和VV Rama Sarma，EMI-EMC Centre， RCI， Hyderadad， India

磁場計(jì)的流行名稱是“高斯計(jì)”，市場上各種牌子和型號，其價(jià)格使許多業(yè)余愛好者和工程師無法承受。本設(shè)計(jì)實(shí)例把一種常見的 DMM（數(shù)字萬用表）和單一半導(dǎo)體元件結(jié)合起來，以便測量磁通量密度和磁場強(qiáng)度。

圖1列出了測量設(shè)備，由探頭、電池組、DMM 組成。探頭的有源元件由線性霍爾效應(yīng)傳感器構(gòu)成。實(shí)際上任何線性霍爾效應(yīng)傳感器在這種應(yīng)用中都好用，但這個(gè)探頭版本使用 Allegro MicroSystems公司的A1323傳感器，它產(chǎn)生與施加的磁場成比例的電壓（參考文獻(xiàn)1）。A1323依靠4.5V ~ 5.5V電源工作，它的靜態(tài)輸出電壓（零磁場輸出）取決于電源電壓的50%。鑒于A1323的標(biāo)稱靈敏度是2.5毫伏/高斯，它對于4.5V電源電壓提供的滿刻度量程是1800高斯（4.5伏/2.5毫伏/高斯=1800高斯）。

施加一個(gè)朝向傳感器正面南側(cè)的磁場，就會增加傳感器的輸出電壓，它與垂直于傳感器標(biāo)有品牌一面施加的磁場成比例，而施加一個(gè)位于同一面北側(cè)的磁場就會導(dǎo)致輸出電壓的成比例下降。對于4.5V電源，傳感器的2.25V靜態(tài)輸出電壓能增加到4.5V（對 900 高斯正南方磁場）或降低到 0

V（對900高斯正北方磁場）。傳感器能檢測直流磁場的強(qiáng)度和極性，而它的交流磁場帶寬則延伸到了30 kHz。

探頭的電路試驗(yàn)板版本包含一小塊印制電路板，其長度足以適應(yīng)操作者的手（圖2）。傳感器的引線連接到一段高質(zhì)量的三導(dǎo)體屏蔽電纜和兩個(gè) 10 nF 表面貼裝解耦電容器。傳感器的電源包含三塊串聯(lián)的小型1.5V 電池，總電壓為4.5V。為了達(dá)到更大的滿刻度量程，可用9V電池向7805 伏特計(jì)等5V穩(wěn)壓IC饋電，并在需要時(shí)添加一個(gè)通/斷開關(guān)。應(yīng)把電池放在伏特計(jì)附近。否則電池的鋼制外殼會干擾被觀察的磁場。應(yīng)使用10nF SMD電容器來解耦傳感器的輸入和輸出引腳。雖然提供較高直流精度和超過50kHz交流帶寬的DMM能顯示傳感器的輸出，但Fluke 公司的187 型DMM等具有RELΔ（“與參考讀數(shù)的相對差值”）功能的DMM使直流磁場的測量和極性檢測變得很容易（參考文獻(xiàn)2）。

在電路組裝之后，用兩個(gè)4 mm香蕉形插頭把探頭的輸出連到DMM。用一分鐘時(shí)間預(yù)熱，并把探頭的傳感器放在磁屏蔽外殼中。（編者按：可以用鋼制或錫制同心圓食品罐頭盒來制作磁屏蔽外殼。罐頭盒的置放應(yīng)使其未打開的一端指向相反方向。在較大罐頭盒未打開的一端上鉆一個(gè)小口來容納傳感器的輸出電纜。）按DMM的RELΔ功能鍵。DMM 的顯示器將傳感器的2.25V靜態(tài)電壓輸出值顯示為0.0000V，表示探頭針對零磁場校準(zhǔn)完畢，可以使用了。

把探頭從屏蔽外殼中取出，測量被觀察的磁場。為了達(dá)到最高靈敏度，應(yīng)使傳感器的面垂直于磁場。如果磁場的方向未知，則使探頭圍繞其最長軸旋轉(zhuǎn)來搜索最高電壓。為了計(jì)算磁通量密度，把輸出電壓讀數(shù)除以靈敏度（2.5毫伏/高斯）。例如，如果表頭讀數(shù)是-1.9800V，則磁場在正北向是792高斯。對于交流磁場測量，應(yīng)使用DMM的真rms模式來讀傳感器的交流輸出電壓。

可用以下公式計(jì)算磁場在空氣中的強(qiáng)度：B=m0&TImes;H，其中B表示磁通量密度，單位是特斯拉（teslas），H表示磁場強(qiáng)度，單位是安培/米，m0=4p&TImes;10-7H/m（自由空間的磁導(dǎo)率）。鑒于特斯拉代表較大的測量單位，因此1T磁場相當(dāng)強(qiáng)。

對于更大的測量分辨率，可用以下轉(zhuǎn)換因子來使用更流行的單位高斯：10000 高斯=1特斯拉，1高斯=79.6安培/米，1.2560毫特斯拉=1000安培/米。磁場傳感器的應(yīng)用包括分析移動(dòng)磁體線性位置探測器的故障、直流電機(jī)和揚(yáng)聲器制造、低頻磁場干擾的研究、電磁干擾屏蔽裝置的設(shè)計(jì)與制造。