《電子技術(shù)應(yīng)用》
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實現(xiàn)精確測量兩大方法

2016-07-23
來源:ZLG致遠電子

  為實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的準確性,選對合適的儀器外,測試測量方法選擇也不容小覷,。

  PA功率分析儀功率單元有兩路輸入:電流和電壓。FPGA和DSP等運算直接獲得的測量數(shù)據(jù)只有電壓和電流的ADC直接測量的結(jié)果,,功率、效率,、諧波等均以電壓電流測量為基礎(chǔ),,通過運算獲得的結(jié)果,如功率就是使用電壓和電流直接測量結(jié)果進行的運算。所以電壓電流測量的準確性就顯得至關(guān)重要,,導體的電阻率會隨溫度變化,、器件老化、線路共模/串模干擾,、測量走線接線方式,、電路接線方式等都會影響測量結(jié)果,本文重點講解測量接線方式,、電路接線,。

  1.測量走線接線方式

  1)不規(guī)則連接--最差的接線方式

  圖 1、圖 2兩條測量線比較分散,,形成很大的環(huán)路,,當環(huán)路中有變化的磁通通過時,根據(jù)電磁感應(yīng)原理,,將在環(huán)路中產(chǎn)生與磁通同樣變化的噪聲電壓,,儀器測到的值不真實。

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  圖 1 電壓不規(guī)則接線方式

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  圖 2 電流不規(guī)則接線方式

  2)一般接線方式—平行走線

  圖 3,、圖 4相比分散的連接方式,,測量線形成的環(huán)路很小,僅限于連根線之間,。

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  圖 3 電壓平行走線接線方式

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  圖 4 電流平行走線接線方式

  3)較好的連接方式—雙絞線

  圖 5使用雙絞線連接被測信號,與平行走線相比,,雙絞線把環(huán)路細分到每個絞合環(huán),,相鄰的絞合環(huán)對外部磁場產(chǎn)生相反的噪聲電壓從而抵消掉。

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  圖 5 電壓雙絞線接線方式

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  圖 6 電流雙絞線接線方式

  4)理想的接線方式—同軸電纜

  圖 7,、圖 8對稱的同軸電纜外層導體中心與內(nèi)導體重合,,等效面積為0,因此有很好的磁場屏蔽效果,。

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  圖 7 電壓同軸電纜接線方式

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  圖 8 電流同軸電纜接線方式

  2.電路連接接線方式

  功率耗損影響

  使用和負載匹配的接線方式可以降低功率損耗對測量精度的影響,,以下是考慮電源和負載電阻的情況。參考前期微信文檔《功率測量儀器的“特征阻抗”》中電流表損耗定義

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  ,,電壓表和電流表內(nèi)阻乘積平方根暫且稱為儀器的“功率特征阻抗”111.jpg,,當負載電阻RL>RP時,電壓表損耗大,,推薦電流表內(nèi)接法,, 當負載電阻RL<RP,電流表損耗大,,推薦電流表外接法,。

  舉例PA5000,電壓輸入阻抗Rv約2MΩ,電流輸入阻抗Ri約100mΩ,,電流量程選擇1A,,電壓量程選擇300V,電壓電流功耗函數(shù)圖 9,,此時Rp=200,,當負載電阻RL約大于447.2Ω時,推薦電流表內(nèi)接,,反之外接,,示意圖圖 10。

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  圖 9 電壓電流表功率損耗函數(shù)圖

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  圖 10 內(nèi)外接判定標準圖

  1)電流表外接---測量較大電流

  將電壓測量回路連到近負載一側(cè),。電流測量回路測得流經(jīng)負載的電流IL和流經(jīng)電壓測量回路的電流IU之和,。因為測量回路電流為IL,所以誤差僅為IU,,對測量精度的影響為IU/IL,。

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  圖 11 電流表外接圖

  2)電流表內(nèi)接--測量小電流

  將電流測量回路接到近負載端。電壓測量回路測得的電壓等于負載電壓eL和電流表兩端的電壓eI之和,。因為測量回路電壓為eL,,誤差為eI。對測量精度的影響為RI/RL ,。

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  圖 12 電流表內(nèi)接

  雜散電容的影響

  將儀器的電流輸入端子連接到接近電源接地電位的一端,,可以降低雜散電容對測量精度的影響。

  電壓測量回路和電流測量回路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,,如圖 13,,因為外部機箱與屏蔽盒絕緣,所以存在雜散電容Cs,。而誤差正是由該雜散電容產(chǎn)生的電流形成的,。

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  圖 13 測量回路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

  作為舉例,將考慮電源的一端和外部機箱接地的情況,。

  這種情況下可以考慮2種電流,,負載電流IL和通過雜散電容的電流ICs如圖 15虛線所示,IL從電流測量回路流經(jīng)負載回到電源,。如點劃線所示,,ICs從電流測量回路流經(jīng)雜散電容、外部機箱接地回到電源,。

  因此,,在電流測量回路即使只測量IL,得到的也是IL與ICs的和(矢量和),,誤差僅為ICs,。假設(shè)施加于Cs的電壓是VCs (共模電壓),,可以通過以下公式求取ICs。因為ICs相位超前電壓90°,,所以功率因數(shù)越小,,ICs對測量精度的影響就越大。ICs= VCs × 2πf × Cs,。

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  圖 14 電流輸入端子連到靠近電源高端

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  圖 15 雜散電容帶來影響

  如果將電流輸入端子連到靠近電源地電位的一端,,如圖 11,電流測量回路的低端(LO)接近地電位,,VCs約等于零,,ICs幾乎不流通。這樣就降低了對測量精度的影響,。

  電壓正反接影響

  1)電壓反接

  接地的信號源電壓加在屏蔽殼對地電容Cs上,,形成額外的泄露電流ICs,在信號源內(nèi)部和LO測試線阻抗上造成壓降,。

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  圖 16 電壓反接

  2)電壓正接

  信號源電壓加在屏蔽殼對地電容上的電壓很小,,ICs為零,沒有額外的泄露電流,。

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  圖 17 電壓正接

  綜上,,為了實現(xiàn)精確測量,測量走線選用雙絞線或者同軸電纜,,根據(jù)實際情況選擇適合的接線方式,,電壓高端和低端確保不接反。


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