软磁环磁滞回线测量中的定标

2012-07-23 18:47:30来源: 电子发烧友
随着电子信息产业的发展,与其密切相关的软磁材料及其性能测量引起了人们的高度重视。软磁材料绝大多数都用作工作在动态磁化条件下的磁性器件[1],如开关电源变压器磁芯、回扫变压器磁芯、滤波器磁芯等。磁性产品性能的好坏主要取决于作为导磁材料的磁心的性能[2]。因此设计者迫切需要知道软磁材料在实际应用条件下的磁性能。而磁滞回线包含了体现磁材料性能的参数,如矫顽力、剩磁等,有了这些参数才能进行最佳的设计。由于交流磁滞回线的形状受多种因素的影响,定量测量交流磁参量涉及到复杂的原理和计算,所以测量结果存在一定的误差。本文将着重叙述获取参数的原理和方法,并作出误差分析。

图1 磁滞回线测量原理

1 测量原理
  测量动态回线的方法很多,经常使用的有示波器法、铁磁仪法和采样法等[3]。这里介绍示波器法。此方法就是利用一般阴极射线示波器直接显示交流回线,由于简单可靠,在工业测量中有着广泛的应用。这些方法的测量原理都是相同的,具体如图1所示[4]。图1中,N1和N2分别为样品的磁化线圈和测量线圈的匝数;R1为串入样品初级线圈回路的小电阻;e2为样品测量线圈上的感应电压;ur1为小电阻R1上因磁化电流通过而产生的电压。感应电压e2与磁感应强度B的关系为:
  
  式(1)中,S为标准磁环的面积。在图1中,电压降ur1与磁场强度H的关系可用下式表示:
  
  式(2)中,l为平均磁路长度,对于环行样品,为磁环的平均直径。
  线路里R、C和运放构成了R-C积分器,当R、C取值适当,即时,可得积分器的输出值为:
  
  因为电路为反相积分器,所以为了反映正相的B,在积分器前加了反相器。由式(2)、(3)可以看出,电压ur1和uy分别正比于H和B。这样就会在示波器屏幕上显示出B=f(H)回线。
  磁滞回线测量的原理如上所述,而实验中得到的曲线存在两大不足:一是回线不清楚,B曲线和H曲线均有失真,原因是反相器和积分器不理想,如漂移、自激等都会影响曲线的质量;二是由于信号发生器输出信号功率小,激励电流小,小磁环很难达到饱和,几乎得不到高频磁滞回线。为此需进行以下改进得到高频磁滞回线。

图2 改进后的测量电路

2 测量电路的改进
  图2为改进后的测量电路,采用了TDA2006功率放大器作功率输出级,从而得到高频输入信号,增大激励电流,使磁环达到饱和。TDA2006的特点是通频带宽、高频特性好、噪声小、失真系数小。片内设置了各种保护电路,对电流浪涌、过压和负载短路等异常情况都有较强的适应性,应用方便,可以获得大的不失真功率。达到的性能指标如下:
  (1)频率响应范围50Hz~100kHz,±3dB
  (2)闭环增益:30dB;开环增益:75dB
  (3)谐波失真(1kHz时):0.1%(8W 8Ω)
  (4)最大输出功率:12W(4Ω)
  (5)最大输出电流:2.5A
  此外,由测量原理图(图1)可以看出,加入了反相器,反相器不会是完全理想化的,其比例电阻也不会很精确,这样会引起测量上的误差,为此把积分器改为同相积分器。其中,Rf的用途是提供直流反馈,使失调电压不连续对C充电,否则会导致放大器处于极限状态;R1C1是相位置后补偿电路,以消除自激振荡,并改善高频时的负载特性,这一点也非常重要。由于集成运算放大器内部是由多级放大器组成的,每级放大器的输出及后级放大器的输入都存在输入、输出阻抗及分布电容,级间会产生R-C移相网络,这样信号通过每一级后就产生了附加相位。在电路调试初期,没有这个相位补偿电路,B信号为一条粗带,得到的磁滞回线非常模糊。C2是隔直电容,可以滤除直流分量。另外,由于测试频率范围较宽,为了适应高、低频信号的需要,可以对积分电容C分档[6],以适应各档频率的积分时间。
[1] [2]

关键字:磁滞回线  功率放大器  定标

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0723/article_5498.html
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