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在应用频率下测量电感器 李恒，郑战伟 （陕西金山电气集团有限公司，陕西咸阳712021） 1引言 在无源元件中，要准确地测量电感器的主要参数是比较困难的，主要是因为线圈电感量和Q值随着频率而变化。特别是线圈的寄生振荡随频率有明显的改变，线圈在应用频率下测试要比传统方式频率下测试准确。 通常，测试频率是1个规定值。如果测试频率不是电路应用频率，那么，测试的结果就不能反映电路设计中的电感值。近几年，随着测试设备的发展及方法的不断改进，可以灵活地选择测试频率。如果误差限要求较小，应该在实际应用频率下测试电感器件。2电感器的主要参数 电感线圈的主要电气参数有电感值、Q值、直流电阻（RDC）和自谐频率（fSR）。这些参数尽管不是独立的，但可以通过设计来控制，电感器和Q值不但与频率有关，而且与测量方法和仪器有密切的关系。 电感量用L表示。单位为亨（H），给出时应标明误差限和频率。Q值通常称为品质因数，给出的为最小值。自谐频率单位为赫兹（Hz），给出最小值。直流电阻（DCR）为最大值，单位是欧姆（）。 其它参数如载流传送能力，阻抗有时给出，但不是必须的，它们可以反映在主参数中。例如线径决定直流电阻和载流能力。直流电阻比载流密度容易测量，因而载流能力可以反映在直流电阻中。另外载流能力和阻抗也可以在Q值中得到反映（以Q值的形式表现出来）。3测量仪器 合理的测量方法决定着测量准确度。对于不同的参数应选择不同的测量仪器和测试方法。不同的仪器有不同的量程、频率范围和误差限，应根据具体情况选用。寄生现象和测试夹具的影响是测量中不可忽视的因素，因此，一般情况下仪表的型号、夹具、测试频率和电流（如果使用时）必须确定，以保证测试的重复性和可靠性。 Q表或阻抗分析仪通常用来测量电感量和Q值。自谐频率可以用网络分析仪、自谐频率测量仪进行测量，自谐频率一般至少应为使用频率的2倍，可以通过调整线圈结构来达到希望的值。直流电阻一般用惠斯登电桥或低阻表测量。 同1个电感线圈在不同型号的仪表上测量，其结果是不同的。同样，相同的电感线圈在同1台仪表上的不同频率点测量，其电感值、Q值也大不相同，如表1所示。 表1 测试仪表与频率、电感、Q值的关系 型号 频率/MHz 电感/nH Q值 HP4275A 1 766.4 33.5 HP4275A 10 728 67 HP4194A 1 782.3 0.28 HP4194A 10 761 2.68 HP4194A 40 769 10.7 HP4286A 1 712 80 HP4286A 10 693 92 HP4286A 40 699 101 HP4191A一般作为射频电感线圈测量的标准仪器，仪表在50阻抗下的测量误差限小于1，重复性约为1，频率范围为1MHz1GMHz，完全能够满足实际应用频率下的测量。4 测试电感器的传统方法 Q表是测定L值和Q值参数的常用方法。Q值是1个与电感量关系非常密切的参数，对相同设计的线圈，在电感L不发生显著变化时，其Q值不会偏离太大。例如减少线圈匝数既影响Q值又影响电感量L。尽管在应用频率下测量Q是较理想的，但Q表在低频下比高频（应用频率）下测量准确度高，并且用Q表测量Q值时，测试频率必须处于其振荡频率范围内。象QBG3、QBG1A等手动调谐的Q表是通过调节仪表上的可变电容来测量Q值和电感量，对测得的Q值需要进行残量修正才能得出被测电感元件的有效Q值。HM2801A是1种自动调谐数字显示式Q表，操作方便，它通过软件自动进行残量修正，直接显示元件有效Q值和电感量以及其它电参数，但测试频率最大为30MHz，也不能满足应用频率下的测试。5电感量与频率 电感线圈的传统测量方法是在规定频率点（国家标准要求）下测试，而在其它频率下使用。如图1和图2所示。图1 电感与频率的关系曲线 图2 电感与频率的关系 A点为测试频率点，B点为应用频率点，图1中，3个不同的电感器用同1台Q表在相同频率下测量，具有相同的电感量，而在实际应用频率下，其电感量大不相同。在线路设计中，应用频率B点下的电感量就不能用测试频率A点下的电感量来表示。在线路设计中使用的电感器不能达到所希望的电感量时，人们通常认为是测量夹具和线路寄生现象引起的，从而用规定值进行相应补偿，但往往忽略了应用频率下电感量与测试频率下电感量不同这一因素。 图2为以测试频率和应用频率测量电感的另一种情况，它显示了电感量误差随频率变化的情况。如果1个电感器在测试频率下的误差限为5。那么，在应用频率误差限则可能为10。这个误差限随频率压缩或伸展（减小或增大）取决于电感器的设计。 在任何情况下，电感量是随频率改变的，在应用频率下测试是较好的控制方法。尽管修正是减小测试误差最方便的方法，但它总是应用于某些测试频率点，而不是应用频率。因此，在应用频率下测试而无需修正，是确定电感线圈性能非常有效的好办法。6 在应用频率下测量电感器的一般步骤 （1）根据用户实际使用要求，确定标称电感量和最大误差限；Q的允许最小值；直流电阻允许最大值以及自谐频率最小值；（2）确定测试仪表、夹具和测试频率；（3）确定在实际测试频率下该仪表的误差值和测量重复性误差；（4）确定制造电感线圈时应控制的最大误差限。 下面通过1个例子来说明应用频率下的测量。 若某用户需求1种电感线圈，电感量为0.22H误差限为10，使用频率为300MHz，我们选择HP4286A作为测试仪表，16092A作为测试夹具，在300MHz应用频率下测试。HP4286A的基本测量误差在300MHz时大约为0.5，在整个测试过程中重复性为1，那么，制造要求最大误差限为（100.51）=8.5，即其电感量应是0.201H0.239H。 要求某电感Q值在100MHz频率下不小于42，我们利用HP4194A仪表测试，4194161001作为测量夹具，该仪表在100MHz时误差为7.5。测量重复性为2.0。 制造厂的最小Q值应为42（7.52.0）42=46。同理，可以计算出直流电阻和自谐频率