基于DDS的寄生电感测量仪设计

2012-02-07 10:21:27来源: eefocus

  精确的测量寄生电感,对于电容的合理应用具有十分重要的意义。本文介绍了一种利用LC 谐振原理测量电容自身寄生电感的方法。利用直接数字合成器产生可编程的扫频信号激励含有寄生电感的电容,同时采用对数检波器对经过待测网络后的信号进行检波,在利用AD 转换器采集检波器输出的直流信号。利用特定的程序算法比较连续的频率点的输出电平,最终找出谐振点频率,求出电容的自身寄生电感。该方案由于采用了不同于常规LCR 电桥的原理,非常适合微小电感的测量,即使对于射频领域使用的微小电感也可以精确测量。其测试结果与采用网络分析仪测试的结果十分接近,基本可以满足大多数应用场合。

  0 引言

  实际的电容元件存在着分布参数,其中对电容本身特性影响最大的是寄生电感,这些寄生电感与电容本身构成谐振回路,使电容在使用时有了一定的局限性,因此,能够测量出电容本身寄生电感的大小,可以在使用时更合理的选择电容元件。由于寄生电感的电感量很小,多为nH 级别,导致绝大部分LCR 电桥无法测量电容本身的寄生电感。为了准确的测量寄生电感,文中描述了一种利用自谐振原理的测量方法,结合DDS 扫频技术可以快速完成寄生电感的测量,其测量方法简单精确,将能够满足大多数场合的应用。

  1 测量原理

  实际电容由于制造的工艺导致本身存在寄生电感和寄生电阻, 其等效电路模型如图1 所示。

图1 实际电容等效电路模型

  其中C 为实际电容本身的标称电容, L 是其寄生电感, Rp是其并联等效电阻, Rs 是其串联等效电阻。寄生电阻会对经过电容的信号造成衰减, 但不会影响电容本身的频率特性。寄生电感会与电容构成串联谐振回路,会使实际的电容在某个频率上发生谐振, 这种现象称为电容的自谐振 。实际电容的阻抗和频率特性曲线如图2 所示。

图2 实际电容频率特性曲线

  图2 中的f 0 是电容与其寄生电感构成的谐振回路的谐振频率, 称之为自谐振频率, 实线部分为实际的电容频率特性曲线,虚线为理想无寄生电感的电容特性曲线。可见, 在低于自谐振频率时, 电容呈现容性, 阻抗随频率增高而减小; 然而当频率超过自谐振频率时,电容表现出阻抗随频率增高而上升的趋势, 这恰好是电感的特性。该曲线表明实际的电容仅能工作于自谐振频率以下, 高于自谐振频率时,电容则表现为感性, 无法再继续作为电容使用了。可见, 准确的测得电容的自谐振频率, 求出其寄生电感,对于电容的正确使用有着非常重要的意义。然而该电感往往非常小, 通常为nH 级别, 一般的LCR 电桥无法测量这种微小的电感。因此就需要一种不同于电桥法的测量这种微小电感的方法。

  由电感和电容构成的LC 串联回路的谐振频率为:

  同时谐振发生时整个LC 回路表现出的阻抗为纯阻性, 即感抗和容抗之和为零。利用这个原理, 使用一个扫频信号激励待测电容,测量出谐振频率, 再结合式(1) 即可测出寄生电感的大小 。根据该原理, 设计1 个扫频发生器产生扫频信号激励待测电容,然后找出谐振点, 读出谐振频率即可求出电容的寄生电感。其结构如图3 所示。

  其中最核心的部分就是扫频发生器和谐振点检测电路。

 

 

图3 寄生电感测试装置功能

[1] [2] [3]

关键字:DDS  寄生电感  标称电容

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0207/article_4566.html
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