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自制简易可靠的电感测量仪
概述:
本文介绍的电感计利用普通的CMOS反相器构成一
个皮尔兹CMOS缓冲振荡器,振荡的频率与LC回路的参
数有关,通过测量频率可以间接测量电感,并且测量值与
电感的内阻基本无关。原理简单,无需调试即可正常工作,
适合手头有频率计但没有电感表的同好制作。
一、基本原理
电路原理见图1。
一个CMOS的六反相器,A、B、C三个非门首尾相
连,等效于一个高增益的反相器,其实用只用其中一个也
可以,但是一个4069里面有六个非门,留着浪费,三个非门连接还有一个好处就是总增益大于一个非门,这样有利于振荡的稳定。
R1是负反馈电阻,当该部分工作在放大状态时,放大倍数约为:A=R1/R2==1000倍,JP1处接入电感,它与C1、C2构成平衡共振,频率为fo?12?LxCs,其中Cs?C1C2C1?C2,当频率等于fo时,LC网络将反馈信号反相,刚好
形成正反馈,输出一个稳定的振荡信号,这个信号经过一个非门进行整形隔离后,就可以输入频率计,测出频率后根据fo?12?LxCs逆推出Lx。
R2的作用是增加了共振频率周围的偏移相位,提高频率稳定性,也可以理解为增加了共振频率周围的衰减量;
R2也使输出信号与LC共振网络隔离,使输出端的波形更接近理想的方波。
该电路的耗电很低,而且只要测量的时候供电即可,因此用一个按键来控制电源的通断即可,用3V的电压即可正常工作,并且一般LC谐振频率受电感内阻影响不大,这对提高一些匝数很多、内阻很大的电感测量精度极有意义。
图 1
二、元器件的选择
,误差要求不大。
电容要注意一下C1和C2,它们参与了LC谐振,因此必须采用低高频损耗的电容,推荐采用CBB电容,笔者就是采用CBB电容,但绝不能用瓷片电容,否则有可能降低了LC回路的Q值,会影响你的测量量程。
六反相器的选择无多大要求,常用的CD4069,还有74LS04、74HC04等等,差别大同小异,后面再谈。
JP1是电感接口,这要斟酌,此处是分布参数所在。JP2接频率计。
三、制作
电路简单,制作也容易,可以用万用板来
做,也可以动手腐蚀一张板,建议用覆铜板来
做,并且覆铜,有利于降低分布参数和抗干扰。
作为一个测量仪,便携性是很重要的,因
此强烈建议用电池供电,3——6V都可以,笔
者用的是一个6V的电池座,电路板固定在电
池座上面,外接两个带鳄鱼夹的线,使用时接
入频率计,十分方便。如右图所示,使用万用
表的频率档,直接测出频率。
四、使用和改进
使用之前,先向有电脑的同好推荐一款计
算软件,可以快速计算LC谐振回路的参数,该软件笔者在《无线电》2008年5期《谈谈调频无线话筒的制作细节》中有介绍,界面如下:
没有电脑的同好可能要按一下计算器,有些麻烦。
由于电路的增益很高,非常容易起振,即使在不接入电感的情况下,电路也会由于分布参数而起振,笔者用了两个15cm长的线,接两个鳄鱼夹,直接短路的时候,电路的输出频率稳定在502KHz,折算出分布电感为2uH左右。这表明这个电感计最低只能勉强测到5uH。但是,如果