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LCR電橋一般應用

來源:東莞市廣信電子科技有限公司   2011年07月25日 09:32  

 

LCR電橋一般應用
1. 理想的L、C、R:
換句話說,在理想狀態(tài)下,相位角(θ)在純電阻下是O℃,在純電容下是-90℃,純電感則為+90℃。
實際情況下,L、C、R卻不是如此單純,尤其對L、C而言。
2. 中、低頻的L、C等效電路:
因為有等效電阻(R)的存在,所以電感就不再是+90℃,電容也不會是-90℃,因此產生了相位角(θ),以三角函數來看:
其中虛部為感抗或容抗,而實部為阻抗,因為感抗與容抗涉及到頻率,故在不同的工作頻率下就會得到不同的(θ)值。了解到電感、電容中如果RS的成份越?。ɑ騌P越大),則此元器件越趨近于理想,這里我們定義了品質因數(Q)及損耗因數(D):
Q = 1 / D = 虛功 /實功
以串聯等效電路來看,若流入固定電流I
 
因此若RS =0,則Q變成無窮大,相對的D值 =0。
并聯等效電路亦如此類推,于是可以得到一個結論:對元器件而言,Q越大越好,D值越小越好。
3. 電容C的一般應用:
zui常用的就是從市電進來(AC)要變成直流(交直轉換)
市電(AC220V或110V)經變壓器后,再經橋式整流器,此時即成為脈動直流(暫不考慮電解電容C)。
加上電解電容C后,即可變成直流,如下圖所示:但畢竟C并非理想電容,以串聯等效電路來看,且加上負載RL后,則電路如下圖:
當電容充電到峰值后,即會對負載RL放電(放電電流IL),此時,在RS上即產生一個壓降(或功率消耗),波形變成
因此,原本的直流電壓就會在上面疊加了一個交流信號,即所謂的紋波,而這紋波的大小除與所加上的負載RL有關外,也與ESR的大小有關,如果ESR太大,則紋波變大,同樣,消耗功率也大,這也就是在實際電路工作時,有時在摸電解電容時會發(fā)熱的原因,若ESR過大,則電解電容發(fā)燙,而有冒煙現象!!
所以在設計時建議工程師,須選用LOWESR電容。換句話說,此時ESR的測量即成為工程師設計時*的測量因數。在高頻線路的運用中,通常搭配電感形成濾波器,來對線路的噪聲進行抑制或對突如其來的浪涌(Spike)進行電路的保護。此時C的選擇就與它的工作頻率有關,因此在選擇電容進行測量時,就要注意測量頻率的多容,通常小電容大多在高頻線路中使用,故測量時要注意頻率的選擇。
另一種應用,以下列式子來描述:
亦即當C固定,若使用恒流源對電容C充電,即可產生斜波,當然仍須注意C的品質。(Q值越大越好,或D值越小越好。)
4.電感L的一般應用
電感就是一組線圈,不管這組線圈有沒有繞在鐵蕊上,既然是用導線繞成線圈,導線上就會有內阻存在。現仍以其串聯等效電路說明:
流入電流I,如果RS太大,則消耗功率也大,這是變壓器為什么發(fā)熱的原因。因此,RS的測量就成為必須的一個程序。但應用的電橋大多為交流電橋,不具備DCR功能,因此便無法測出RS值。
如下圖:
所測出來的值是包含jWLS的ZL而非單純的RS。如何判斷電感的好壞,當然RS要越小越好。(Q值越大或D值越小越好。)電感的應用,同樣利用 ZL = jWL =j2πfL 這個公式。如果f越大,則感抗越高,便可將高頻的噪聲(Noise)或瞬間的浪涌(Spike) 予以抑制。
綜合L、C,一般電路圖中常見到如下圖所示:就是這個道理。
5.測量L、C時容易陷入的誤區(qū)
a. 如何選用并聯模式(LP、CP)或串聯模式(LS、CS)。
通常在并聯模式(LP、CP)時是采用恒壓方式測量,而在串聯模式(LS、CS)是采用恒流方式測量。(因涉及電路設計,實無法一一詳談。)故一般針對小電容、大電感采用的是并聯模式;大電容、小電感則采用串聯模式測量,而其間的差異與D值有關,轉換公式如下所示:
任何元器件都會有頻率響應的問題,換句話說,如果排除測量儀器的精度問題,那么,在某個頻點所測出來的值即表示這個元器件在這個頻點的真正值。換句話說,如果工程師想測量某一個元器件的值,就必須考慮這個元器件在電路中的工件頻率是多少,而選擇該頻率或接近的頻率來測量,才會得到該元器件在該電路中的真正值。而從實際應用面來考慮,可以歸結出下面結論供使用者參考。
小電容、小電感 →常用于高頻電路 (測量時頻率要高一點)
大電容、大電感 →常用于低頻電路 (如市電50Hz或全波整后100Hz則測量頻點可選在低頻)
c. 如何選用測量幅度?
測量幅度的選擇,譬如用在測量帶有鐵蕊的線圈(電感)時,因涉及鐵蕊的材質,故與頻率點的選擇一樣,須選擇適當的幅度,予以測量。
d. 校正歸零
對自動量程的儀器,在測量小電容、小電感時,為追求度,故必須歸零,尤其是利用測試夾具時,更須將測試線所存在的小電容、小電感予以扣除,才能測量出元器件本身的真正值。一般而言,電容為開路時歸零,電感為短路時歸零,對于手動量程的儀表也須遵循小電容(CP模時)開路歸零,小電感(LS模式時)短路歸零的原則。
e.4線對2線的測量方法
  當測量低阻抗元件時,導線上的電壓跌落會影響測量結果.用4線測量方法可以消除導線電阻的影響,一般與高精度電壓表和電源使用的方法一致,通過分離電源和測試線,4線技術自動消除壓降的影響.
綜上所述,在選擇LCR表時,可依據使用者的使用狀況來決定是選擇一部一般型(具L.C.R及D測量功能)的電橋,一部較好的LCR儀表已呼之欲出,亦即除測量范圍廣、反應速度快、度高之外,仍須具備頻點選擇、幅度選擇及D值(Q值)、DCR、θ值、ESR值測量等功能,才能充分掌握無源器件的一些特性,在設計電路時,或希望能選購一臺能專業(yè)地測量無源器件各參數如DCR、Q、ESR的LCR電橋,除此之外通常電容、電感越小,其工作頻率越高,測量頻率也要越高,才能地測出源器件的實際值。同時可選擇測量電壓大小也是重要的功能之一,如何選擇在此僅提供各位作一參考并不吝指正,謝謝!

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