測量L、Q、SRF和DCR的設備和技術 |
介紹 |
準確地測量電感總是比測量其他無源元件要困難一些。測量線圈的主要困難在于，線圈電感和它的效率在很大程度上受頻率的影響；同樣地，線圈寄生效應（分布電容和鐵芯/銅線電阻損耗）會隨頻率的變化而發生顯著的變化。在應用頻率下測量線圈即 “使用頻率測試”要比在傳統的標準頻率下測試更能代表電路中元件的基值。 通常，測量頻率僅為方便測量而規定。如果測量頻率不是電路（或“使用”）頻率，測試結果一般不能夠取得與指定電路相同的電感值或展示相同的效率。鑒于設備和方法最近得到了發展并且現在能夠靈活地選擇測試頻率，應該在實際的使用頻率下去測試電感，尤其是當有高精度的要求時。 |
電感參數 |
一個線圈的主要電氣參數是電感、Q（效率）、直流電阻（DCR）和自諧頻率（SRF）。所有主要電氣參數由設計控制，雖然不是完全地。電感和Q經常在很大程度上受所使用的測試儀表和測試頻率的影響。 Q反映電感的效率，是元件儲存能量同損耗能量之比。Q反映電感的能量儲存能力，它與測量頻率成正比，與相同頻率下元件產生的電阻（銅線和鐵芯）損耗成反比。DCR是電感在通上直流不變的電流時，電感中的銅線對電流的阻力。 DCR讓我們了解因電感加入到電路而在電路中發生的插入損耗。DCR 還說明僅僅是在發熱的情況下電感會消耗多少能量。當頻率超過SRF時，元件的作用就不再是電感。SRF由（低頻）電感和線圈的匝間有效電容的并聯組合決定。 |
測試設備 |
測試方法的適當選取在很大程度上決定測量的準確度。不同的電氣參數所使用的測試儀和測試方法不同，并且每臺儀表都有量程、頻率和誤差限。寄生效應和測試夾具的影響是測量中不可忽視的因素。一般情況下必須對儀表、夾具、頻率和電流（如適 用）進行規定以實現可重復和可靠的測試。阻抗分析儀一般用于測量電感元件的電感和Q。一直以來也有極力使用網絡分析儀來測量Q。可以用零相位法在網絡分析儀上測量SRF。DCR通常用低電阻表測量。測試儀的選擇還影響測量值。儀表的影響是因每臺設備使用不同的測量方法和頻率而造成的。部份的差異可歸因于不同的儀表，但主要是由于不同的頻率。 總之，正確的儀表應該是能夠在所要求的頻率下進行準確和可重復性測試的儀表。Agilent/HP 4991A和4287A通常用于測量射頻線圈的電感。這些阻抗分析儀的頻率范圍為 1 MHz ~ 3 GHz，能夠滿足實際應用頻率下的測量。 |
測定電感的傳統方法 |
幾十年來，Q表是測定L和Q參數值的傳統方法。然而，Q表要求測試頻率在其振蕩器的范圍內和調諧電容器的極限內。同時，Q 表測量的電感是以電容（pF）來表示的。Q表也有比中頻更易于使用的特定頻率（稱為藍線），因為調諧電容器上的附加 刻度盤能夠直讀電感。市面上供應的Q表的精確度為3%甚至更低。Q表誤差需要使用設定“標準件”（被確定為有特定和精確值的高精度元件）。校正件如同供應商和用戶確定的有特值的標準。校正件被視為特定的標準元件，并且在每次測試時用來設置每臺儀表。校正仍然是最精確的方法，此方法誤差小，可重復性高，并且在任何頻率下都適用。然而，校正方法存在嚴重的后勤缺陷：制造商和客戶之間對校正件的制定和計量，和每次測試調試儀表的工作。其他電氣參數SRF和DCR一般是根據L和Q來規定的，對其使用的測試方法卻很少有說明。缺少SRF和DCR的具體測試方法表明電感是主要參數并且需要謹慎控制。 |
應用頻率測試 |
傳統測試方法的基本困難在于，線圈在一個頻率下測試，又在另一個頻率下使用。 圖1和圖2顯示了傳統測試方法的基本問題。 |
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電感與頻率 |
圖1顯示三個不同電感的電感值和頻率的對數掃描。 當這些產品在一個標準頻率下測試時，它們的電感值看起來相同。在實際的電路頻率下，這些線圈卻大不相同。這三個線圈可以代表三種不同的設計或相同設計的三個不同線圈。如果使用頻率就在三個電感聚合的點上，那么這些線圈是等效的。如果電路頻率與測試頻率大不相同，那么測試頻率下的電感一般不能夠表示使用頻率的電感。即使這些線圈沒有相互偏離，電感值仍然會改變。當設計要求一個特定的電感值，而特定線圈未能達 到預期值時，電感隨頻率改變而產生的結果就此體 現出來。這一改變通常是夾具的不同和電路寄生效應引起的，從而特定值也相應的抵消。 圖2顯示在測試頻率和應用頻率下測試的另一個結果。它顯示了特定線圈的電感精度隨頻率變化的情況。兩個頻率下的標稱電感值及其公差都有顯示。如果該線圈在測試頻率下的公差為 5%，那么在應用頻率下的公差則可能為10%。這些公差限額隨頻率而縮小或擴大，取決于線圈的設計。公差限額的不恒定這一事實導致精度隨頻率變化而失去控制。 |
確定應用頻率下的電感測試 |
在使用頻率下測試電感器的電氣步驟如下： |
電感 |
1.確定標稱電感值。 2. 確定測試儀表、夾具和頻率。 3.確定電感公差。 a.用六西格瑪或其他合適的方法來確定允許的百分比公差。 b. 評估測試頻率下標稱阻抗的儀表誤差。將步驟3a中確定的允許公差減去此百分比誤差。 c.確定儀表和夾具的可重復性。將步驟 3b 的結 果減去此百分比誤差。此結果為規定的公差。由于所有誤差都已被考慮進去，制造商應依規定的公差測試而無需校正。 |
Q |
1. 確定絕對最小Q值（允許最小值）。用六西格瑪或其他合適的方法來確定允許最小值。客戶應依此公差進行測試。 2. 確定測試儀表、夾具和頻率。 3. 為制造確定最小Q值。 a. 評估測試頻率下標稱阻抗的儀表誤差。校正步驟1中確定的允許最小值（即，將最小Q值加上與儀表誤差相等的數）。 b. 確定儀表和夾具的可重復性。調整步驟3a中確定的新的允許最小值（即，將最小Q值加上與測試可重復性相等的數）。此結果為規定的公差。由于所有誤差都已被并入最終調整后的Q規格中，制造商應依規定的公差測試而無需校正。 |
DCR |
1. 確定絕對最大DCR（允許最大值）。用六西格瑪或其他合適的方法來確定允許最大值。 2. 確定測試儀表和夾具。 3. 為制造確定最大DCR。 a. 評估標稱電阻的儀表誤差。校正步驟1中確定的允許最大值（即，將最大DCR 減去與儀表誤差相等的數）。 b. 確定儀表和夾具的可重復性。調整步驟3a中確定的新的允許最大值（即，將最大DCR減去與測試可重復性相等的數）。此結果為規定的公差。由于所有誤差都已被并入最終調后的DCR 規格中，制造商應依規定的公差測試而無需校正。 |
SRF |
確定絕對最小SRF（允許最小值）。假設在已篩選過的一批器件中有需要測試，只有電感值需要100%測試。其他參數是伴隨著電感值的，因此僅需驗證。 校正規格由于不同的夾具和環境因素，使用校正方法并且在使用頻率下測試能夠消除誤差，而且能夠加嚴規格。校正方法可用于電感的任何參數，但最常用于電感和Q。 |
結語 |
線圈電感和Q是受頻率影響的，測試方法對這些參數有更進一步的影響。在實際電路頻率下確定和測試是控制電感參數的恰當方法。使用頻率測試能夠確保元件與其實際應用一致。電感的主要參數是相互關聯的線圈設計函數。電感規格應考慮元件變數和測量系統誤差。 |
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