图1.3元件LRC电感模型。
绕组间电容与自谐振频率
C常日表示电感的匝间分布电容(以及匝间与磁芯之间的电容等)。在特定频率(SRF)下,该匝间电容将与电感L形成并联谐振,使电感变为调谐电路。

3元件LRC模型阻抗与频率
在低于SRF的频率下,模型呈电感性。在高于SRF的频率下,模型呈电容性,在SRF频率下,模型呈电阻性,由于感抗和容抗的大小相等,相位相反,因此相互抵消。
在电感的SRF下,知足以下所有条件:
输入阻抗处于峰值。输入阻抗的相位角为零,从正值(感性)转变为负值(容性)。由于相位角为零,因此Q也为零。有效电感为零,由于负容抗(XC = 1/jωC)刚好抵消了正感抗(XL = jωL)。2端口插入损耗(S21 dB)达到最大值,对应于频率与S21 dB图中的最小值。2端口相位(S21角)为零,从较低频率下的负值转变为较高频率下的正值。
公式1表示电感模型电路中SRF与电感和电容的关系。
个中:
L为电感,单位为H
Cp为寄生电容,单位为F
公式1清楚地表明,提高电感或电容会降落丈量的SRF值,而降落电感或电容则会提高SRF值。
3元件LRC电感模型的实验室前仿真
图2为3元件LRC电感模型的仿真测试电路。L、R和CP用于对电感进行建模。V1是空想的互换测试电压源,电阻RS表示V1的源电阻。CL和RL是负载元件,个中CL设置为ADALM2000示波器输入通道的范例输入电容。RL可以设置为RS,也可以设置为更高的值,例如示波器通道的1 MΩ输入电阻。
图2.仿真事理图。
在实际构建电感测试电路之前,您应利用图2所示电路进行仿真。
如图3所示,以1 mH电感L为例,我们进行了两次频率扫描仿真,频率范围为10 kHz至10 MHz,个中CP设置为15 pF,R设置为100 mΩ。赤色曲线表示RL设置为与RS相同的200 Ω。当电感阻抗达到最大值时,RL处测得的幅度在SRF时急剧低落。蓝色曲线表示RL设置为示波器输入的1 MΩ。同样,当阻抗达到最大值时,我们不雅观察到急剧低落的零点。我们还看到RL的幅度涌现明显的尖峰,大约在陷波下方一个倍频程处。当源电阻和负载电阻不匹配时,就会涌现这种峰值。
图3.仿真结果:赤色曲线RL = 200 Ω,蓝色曲线RL = 1 MΩ。
材料
ADALM2000主动学习模块无焊试验板和跳线套件一个1 mH电感其他不同数值的电感两个200 Ω电阻(可由两个100 Ω电阻串联而成)
解释
在无焊试验板上构建如图4所示的电感测试电路。蓝色方块表示连接ADALM2000 AWG和示波器通道的位置。
图4.电感测试电路。
硬件设置
ADALM2000 AWG输出和示波器通道输入的连接办法如图4蓝色框所示。部件套件中应包含多个不同数值的电感。将电感逐个插入测试电路。
程序步骤
在Scopy窗口打开网络剖析仪软件工具。配置扫描范围,起始频率为100 kHz,停滞频率为30 MHz。将幅度设置为1 V,偏移设置为0 V,将伯德图的幅度范围设置为–60 dB至+40 dB。将最大相位设置为+180°,最小相位设置为–180。在通道选项中,点击通道1,将其设为参考通道。将步骤数设为100。
对部件套件中的每个电感运行单次扫描。您该当会看到,幅度和相位与频率的关系曲线和仿真结果非常相似。将数据导出到.csv文件,以便采取Excel或MATLAB®进行深入剖析。
图5.电感测试电路试验板连接
图6.Scopy截图,L = 100 μH,RL = 200 Ω。
图7.Scopy截图,L = 100 μH,RL = 1 MΩ。
问题:
利用SRF公式打算实验装置中利用的电感的匝间寄生电容值。
您可以在学子专区论坛上找到问题答案。
附加实验
若要进一步探索这种谐振征象,请将外部39 pF和/或100 pF电容与电感并联,然后重新丈量频率相应。这样就能得到更多的谐振频率数据,同样可以利用谐振公式来打算和确认简化模型中的电感L和CP。