摘 要： 介紹了磁滯回" title="滯回">滯回線測量中的定標(biāo)方法,，與標(biāo)樣參數(shù)進(jìn)行對比，分析了誤差來源,。給出了磁滯回線測量原理,，并對傳統(tǒng)的測量電路" title="測量電路">測量電路進(jìn)行了改進(jìn),。
關(guān)鍵詞： 磁滯回線 功率放大器 定標(biāo)
隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，與其密切相關(guān)的軟磁材" title="磁材">磁材料及其性能測量引起了人們的高度重視。軟磁材料絕大多數(shù)都用作工作在動態(tài)磁化條件下的磁性器件[1],，如開關(guān)電源變壓器磁芯,、回掃變壓器磁芯、濾波器磁芯等,。磁性產(chǎn)品性能的好壞主要取決于作為導(dǎo)磁材料的磁心的性能[2],。因此設(shè)計(jì)者迫切需要知道軟磁材料在實(shí)際應(yīng)用條件下的磁性能。而磁滯回線包含了體現(xiàn)磁材料性能的參數(shù),，如矯頑力,、剩磁等，有了這些參數(shù)才能進(jìn)行最佳的設(shè)計(jì),。由于交流磁滯回線的形狀受多種因素的影響,，定量測量交流磁參量涉及到復(fù)雜的原理和計(jì)算，所以測量結(jié)果存在一定的誤差,。本文將著重?cái)⑹霁@取參數(shù)的原理和方法,，并作出誤差分析。
1 測量原理
測量動態(tài)回線的方法很多,，經(jīng)常使用的有示波器法,、鐵磁儀法和采樣法等[3]。這里介紹示波器法,。此方法就是利用一般陰極射線示波器直接顯示交流回線,，由于簡單可靠，在工業(yè)測量中有著廣泛的應(yīng)用,。這些方法的測量原理都是相同的,，具體如圖1所示[4]。圖1中,，N1和N2分別為樣品的磁化線圈和測量線圈的匝數(shù),；R1為串入樣品初級線圈回路的小電阻；e2為樣品測量線圈上的感應(yīng)電壓,；ur1為小電阻R1上因磁化電流通過而產(chǎn)生的電壓,。感應(yīng)電壓e2與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系為：
因?yàn)殡娐窞榉聪喾e分器，所以為了反映正相的B,在積分器前加了反相器" title="反相器">反相器,。由式(2),、(3)可以看出，電壓ur1和uy分別正比于H和B,。這樣就會在示波器屏幕上顯示出B=f(H)回線,。
磁滯回線測量的原理如上所述，而實(shí)驗(yàn)中得到的曲線存在兩大不足：一是回線不清楚,，B曲線和H曲線均有失真,，原因是反相器和積分器不理想,，如漂移、自激等都會影響曲線的質(zhì)量,；二是由于信號發(fā)生器輸出信號功率小,，激勵電流小，小磁環(huán)很難達(dá)到飽和,，幾乎得不到高頻磁滯回線,。為此需進(jìn)行以下改進(jìn)得到高頻磁滯回線。
2 測量電路的改進(jìn)
圖2為改進(jìn)后的測量電路,，采用了TDA2006功率放大器作功率輸出級,，從而得到高頻輸入信號，增大激勵電流,，使磁環(huán)達(dá)到飽和,。TDA2006的特點(diǎn)是通頻帶寬、高頻特性好,、噪聲小,、失真系數(shù)小。片內(nèi)設(shè)置了各種保護(hù)電路,，對電流浪涌,、過壓和負(fù)載短路等異常情況都有較強(qiáng)的適應(yīng)性，應(yīng)用方便,，可以獲得大的不失真功率,。達(dá)到的性能指標(biāo)如下：
(1)頻率響應(yīng)范圍50Hz～100kHz，±3dB
(2)閉環(huán)增益：30dB,；開環(huán)增益：75dB
(3)諧波失真(1kHz時)：0.1%(8W 8Ω)
(4)最大" title="最大">最大輸出功率：12W(4Ω)
(5)最大輸出電流：2.5A
此外,，由測量原理圖(圖1)可以看出，加入了反相器,，反相器不會是完全理想化的,，其比例電阻也不會很精確，這樣會引起測量上的誤差,，為此把積分器改為同相積分器,。其中，Rf的用途是提供直流反饋,，使失調(diào)電壓不連續(xù)對C充電,，否則會導(dǎo)致放大器處于極限狀態(tài)；R1C1是相位置后補(bǔ)償電路,，以消除自激振蕩，并改善高頻時的負(fù)載特性,，這一點(diǎn)也非常重要,。由于集成運(yùn)算放大器內(nèi)部是由多級放大器組成的,，每級放大器的輸出及后級放大器的輸入都存在輸入、輸出阻抗及分布電容,，級間會產(chǎn)生R-C移相網(wǎng)絡(luò),，這樣信號通過每一級后就產(chǎn)生了附加相位。在電路調(diào)試初期,，沒有這個相位補(bǔ)償電路,，B信號為一條粗帶，得到的磁滯回線非常模糊,。C2是隔直電容,，可以濾除直流分量。另外,，由于測試頻率范圍較寬,，為了適應(yīng)高、低頻信號的需要,，可以對積分電容C分檔[6],，以適應(yīng)各檔頻率的積分時間。
3 定標(biāo)計(jì)算
改進(jìn)后的電路測量的磁滯回線如圖3所示,。該圖形是由數(shù)碼相機(jī)在示波器上拍攝下來的,。示波器上顯示的僅僅是測量電流和電壓的相位關(guān)系，如要得到B-H的關(guān)系曲線和具體的性能參數(shù),，還要進(jìn)行定標(biāo)轉(zhuǎn)換,。結(jié)合實(shí)際測量電路，由公式(2),、(3)得出最大磁場強(qiáng)度Hm和最大磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm的計(jì)算公式[7]為：
當(dāng)激勵頻率f=60kHz時,，從示波器上讀出初級輸入電壓最大幅值UR2m =1.65V，次級電壓Ubm=0.95V,，N1=N2=5(N1,、N2分別為小磁環(huán)初、次級線圈匝數(shù)),，小磁環(huán)內(nèi)徑D內(nèi)=6.18mm,，外徑D外=10.3mm，高h(yuǎn)=5.10mm,。經(jīng)計(jì)算橫截面積S=1.0506×10-5m2,，平均直徑D=8.24mm，積分電阻R=1kΩ,，積分電容C=0.022μF,，取樣電阻R2=4.3Ω。經(jīng)計(jì)算,，Hm=76.37A/m,，Bm=396.72mT,。然后按照示波器熒光屏上剩磁Br和矯頑力Hc相對Bm和Hm的比例，可以算出它們的具體數(shù)值：Hc=1.65/8Hm=15.675A/m,，Br=1.8/4.9Bm=145.73mT,。
4 結(jié)果的比較及誤差分析
經(jīng)定標(biāo)計(jì)算得到MnZn鐵氧體磁環(huán)的重要參數(shù)剩磁Br和矯頑力Hc。將測量的結(jié)果與使用日本巖崎通信有限公司生產(chǎn)的SY-8232交流B-H分析儀所得的測量結(jié)果進(jìn)行比較,。該測試是委托信息產(chǎn)業(yè)部磁性產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心完成的,。SY-8232的測試結(jié)果為：Br=147.45mT，Hc=16.078A/m,。誤差分別為：σBr=(147.45-145.73)/147.45=1.2%,，σHc=(16.078-15.675)/15.675=2.5%。示波器法測量磁滯回線參數(shù)的誤差一般小于7%[8],，該測試結(jié)果的誤差在這個范圍之內(nèi),。為了進(jìn)一步提高測量的精度，改善測量系統(tǒng)的性能,，有必要分析一下可能引起測量誤差的各種因素,。對于本測試電路來說主要有以下幾點(diǎn)：
(1)樣品形狀參數(shù)的影響
樣品的形狀、尺寸也會對動態(tài)磁參數(shù)有所影響[7],，本文采用的是環(huán)行樣品,。平均磁路l=2π(D內(nèi)+D外)/2，環(huán)中的平均磁場強(qiáng)度為：
(2)積分器的影響
積分器是用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的,，理想化的集成運(yùn)放應(yīng)具有無限大的差模輸入阻抗,、趨于零的輸出阻抗、無限大的共模抑制比,、無限大的頻帶寬度以及趨于零的失調(diào)和漂移[10],。實(shí)際上集成運(yùn)放不可能具有上述理想特性。另外,，積分電阻和電容也不是純電阻和電容,，有一定的分布參數(shù)，一般表達(dá)式為：
式中,，R0和C0為純電阻,、純電容，τ是電阻的時間常數(shù),，tgδd為電容損耗正切角,。為了使積分器有較低的誤差，除了選擇合適的RC數(shù)值,，滿足ωRC＞＞1外,還應(yīng)選取τ很低的電阻和tgδd趨于零的積分電容,。
(3)磁心線圈及取樣電阻的影響
本文中激勵信號為正弦波，若磁心線圈是線性元件,，則根據(jù)歐姆定律可知,，通過磁心線圈的激勵電流也是正弦的,。但是，實(shí)際的磁心線圈是非線性元件,，所以磁化電流和電壓必為畸變的波形。較多的初次級線圈匝數(shù)也會使回線變形,，原因是線圈多了,，匝間分布的電容加大，通過分布電容的位移電流加大,，當(dāng)然會使回線變形,。另外，H路信號的電壓是從取樣電阻上獲得的,，為了保證B為正弦波,，取樣電阻阻值要低，且有很大的功率,，并要求它是無感的,。實(shí)際的電阻不是理想的，其分布電容和電感使H信號隨著頻率的升高而失真,。本文采用的是10W的線繞電阻,，若采用金屬膜電阻，可減小誤差,。
此外,，環(huán)境條件也對測試結(jié)果有一定的影響。測試中應(yīng)保持溫度恒定,，還要遠(yuǎn)離電磁場,。
參考文獻(xiàn)
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