Схема силового трансформатора осциллографа и 6. Осциллограф С1-6 (ЭМО-2): принципиальная схема, характеристики и применение

Что представляет собой осциллограф С1-6 (ЭМО-2). Какие основные технические характеристики имеет этот прибор. Как устроена принципиальная схема осциллографа С1-6. Для чего используется данный осциллограф.

Общее описание осциллографа С1-6 (ЭМО-2)

Осциллограф С1-6, также известный как ЭМО-2 (электронный малогабаритный осциллограф), представляет собой универсальный радиоизмерительный прибор, предназначенный для исследования электрических сигналов в полевых условиях. Данный прибор начал выпускаться с 1957 года под маркировкой ЭМО-2, а с 1960 года был переименован в С1-6.

Основные функции осциллографа С1-6:

• Наблюдение периодических электрических сигналов
• Исследование импульсных процессов
• Определение длительности электрических сигналов
• Измерение амплитуды колебаний

Технические характеристики осциллографа С1-6

Осциллограф С1-6 обладает следующими ключевыми техническими параметрами:

• Диапазон частот синусоидальных сигналов: 30 Гц — 50 кГц
• Длительность импульсных сигналов: 0,1 — 500 мкс
• Питание: сеть переменного тока 115 или 220 В, 400 Гц
• Потребляемая мощность: 35 Вт
• Габариты: 140 x 210 x 275 мм
• Масса: около 4,5 кг

В осциллографе применяется электронно-лучевая трубка типа 7ЛО-55.

Усилитель вертикального отклонения

Усилитель вертикального отклонения осциллографа С1-6 имеет следующие характеристики:

• Полоса пропускания: 30 Гц — 1 МГц
• Неравномерность частотной характеристики: не более 3 дБ
• Коэффициент усиления: 10
• Входное сопротивление: 0,5 МОм
• Входная емкость: не более 55 пФ

Диапазоны измерения амплитуды сигналов

Осциллограф С1-6 позволяет наблюдать сигналы следующих амплитуд:

• 2-10 В при подаче на вход усилителя
• 10-200 В при подаче на отклоняющие пластины трубки
• До 1500 В при использовании выносного делителя

Особенности развертки осциллографа С1-6

В осциллографе С1-6 реализованы два вида развертки:

1. Непрерывная развертка:
   • Диапазон частот: 30 Гц — 10 кГц
   • Нелинейность: не более 10%
2. Ждущая развертка:
   • Фиксированные длительности: 1,5; 5; 15; 50; 150 и 500 мкс
   • Погрешность: не более ±5%
   • Нелинейность: не более 5%

Система синхронизации осциллографа С1-6

Осциллограф С1-6 оснащен двумя видами синхронизации:

• Внутренняя — от исследуемого сигнала
• Внешняя — от внешнего сигнала амплитудой 20-50 В

Условия эксплуатации осциллографа С1-6

Осциллограф С1-6 рассчитан на следующие условия работы:

• Продолжительность непрерывной работы: до 4 часов
• Диапазон рабочих температур: от -40°C до +50°C
• Относительная влажность: 60-70%

Принципиальная схема осциллографа С1-6

Принципиальная схема осциллографа С1-6 включает следующие основные блоки:

• Выносной делитель
• Входной делитель
• Усилитель вертикального отклонения
• Усилитель синхронизации
• Блок синхронизации
• Блок разверток
• Электронно-лучевая трубка
• Блок питания

Работа усилителя вертикального отклонения

Усилитель вертикального отклонения осциллографа С1-6 построен по парафазной схеме на лампе типа 6Н3П (Л1). Как работает данный усилитель?

• Сигнал подается на вход усилителя с клемм на передней панели прибора
• Для сигналов 2-10 В используется емкостно-реостатный делитель
• Сигналы 10-200 В проходят через дополнительный входной делитель
• Усиленный сигнал поступает на отклоняющие пластины трубки и блок синхронизации

Блок синхронизации осциллографа С1-6

Блок синхронизации осциллографа С1-6 выполняет следующие функции:

• Запуск ждущей развертки
• Синхронизация непрерывной развертки

Как устроен блок синхронизации?

• Состоит из двух идентичных цепочек с диодами ДГ-Ц6
• Обеспечивает запуск развертки отрицательным импульсом независимо от полярности сигнала
• При внешней синхронизации работает только одна цепочка

Особенности блока разверток осциллографа С1-6

Блок разверток осциллографа С1-6 включает следующие элементы:

• Генератор развертки на лампе 6Н3П
• Мультивибратор
• Фиксатор амплитуды развертки
• Фазоинвертор

Принцип работы генератора развертки:

• Использует схему с токостабилизирующим двухполюсником
• Развертывающее напряжение формируется зарядом конденсаторов
• Частота и вид развертки переключаются изменением зарядной емкости

Система питания осциллографа С1-6

Блок питания осциллографа С1-6 состоит из следующих элементов:

• Силовой трансформатор Тр1
• Низковольтный выпрямитель на диодах ДГ-Ц24 для анодных цепей
• Выпрямитель отрицательного напряжения на диодах ДГ-Ц24
• Высоковольтные выпрямители на селеновых столбиках АВС-1-1000

Таким образом, осциллограф С1-6 (ЭМО-2) представляет собой компактный и функциональный измерительный прибор, который может применяться для исследования электрических сигналов в лабораторных и полевых условиях. Его простая и надежная конструкция обеспечивает стабильную работу в различных условиях эксплуатации.

Осциллограф С1-6 (ЭМО-2) ламповый, принципиальная схема, фото

Принципиальная электронная схема лампового осциллографа С1-6 (ЭМО-2), фото и описание прибора.

Краткий обзор характеристик

Электронный осциллограф ЭМО-2 начал выпускаться с 1957 года.  С 1960 года осциллограф выпускался заводом под наименованием «С1-6».

Электронный осциллограф «ЭМО-2» (С1-6) предназначен для наблюдения периодических электрических и импульсных процессов и определения длительности и  амплитуды колебаний.

Осциллограф С1-6 (ЭМО-2) представляет собой универсальный радиоизмерительный прибор, предназначенный для испытания радиоаппаратуры в полевых условиях.

На экране осциллографа можно наблюдать изображения электрических сигналов синусоидальной формы с частотой от 30 Гц до 50 кГц и импульсных сигналов любой формы и полярности с длительностью от 0,1 до 500 мксек. 

Он рассчитан на электрическую сеть переменного тока 115 или 220 вольт с частотой 400 герц.

Потребляемая мощность — 35 ватт.

В осциллографе применена электронно-лучевая трубка 7ЛО-55.

Габариты прибора —  140х210х275 мм. Масса осциллографа — примерно 4,5 кг.

Основные технические характеристики

Усилитель вертикального отклонения имеет следующие характеристики:

• полосу пропускания от 30 Гц до 1 МГц с неравномерностью частотной характеристики не более 3 дБ;
• коэффициент усиления 10;
• сопротивление входа 0,5 МОм с параллельной емкостью не более 55 пФ.

Осциллограф обеспечивает наблюдение сигналов с амплитудами:

• При подаче сигнала из вход усилителя от 2 до 10 В;
• При подаче сигнала на вертикально отклоняющие пластины трубки от 10 до 200 В;
• При подаче сигнала на пластины трубки с использованием выносного делителя до 1500 В.

Электронно-лучевая трубка имеет постоянную шкалу чувствительности отклонения луча по вертикали и масштаб линии развертки, которые позволяют определять амплитуду и длительность исследуемых сигналов.

В осциллографе имеется два вида разверток:

• непрерывная с диапазоном частот от 30 Гц до 10 кГц.
• ждущая с фиксированными длительностями 1,5; 5; 15; 50; 150 и 500 мксек с погрешностью не более +- 5%

Нелинейность разверток не превышает  — 5% для ждущей и 10%  — для непрерывной. Осциллограф имеет два вида синхронизации внутреннюю — исследуемым сигналом и внешнюю — сигналом с амплитудой от 20 до 50 В.

Осциллограф С1-6 рассчитан на непрерывную работу в течение 4 ч при температуре от -40 до +50 град. С и относительной влажности 60 — 70 %. Прибор питается от сети переменного тока частотой 400 Гц напряжением 115 и 220 В с колебанием напряжения сети +- 3%. Потребляемая мощность не более 35 Вт.

Принципиальная схема 

Блок схема прибора содержит выносной делитель, входной делитель, усилитель вертикального отклонения луча и усилителя синхронизации, блок синхронизации, блок разверток, электронно-лучевую трубку, блок питания.

Рис. 1. Принципиальная схема лампового осциллографа ЭМО-2 (С1-6) .

Усилитель вертикального отклонения луча и синхронизации работает на лампе типа 6Н3П (Л1) по парафазной схеме. На вход усилителя сигнал подается с клемм, находящихся на передней панели осциллографа (клеммы «вход»).

Исследуемый сигнал амплитудой от 2 до 10 В подается на вход усилителя ослабленным вдвое емкостно-реостатным делителем C32, R75, R74, C3, R5, R6.

Сигнал амплитудой от 10 до 200 В подается на вход усилителя дополнительно через входной делитель емкостно-реостатного типа (R3, C2 и R4).

В первом случае выхода усилителя сигнал поступает на вертикально отклоняющие пластины трубки (при установке переключателя П4 в положение «усилитель») и блок синхронизации (при установке переключателя П3 в положение «внутр.»).

Во втором случае, усиленный сигнал поступает только на блок синхронизации, а на пластины трубки сигнал подастся с входных клемм через делитель R1, C1, R2.

Ручки переключателей П4, П3, и П1 выведены на переднюю панель и обозначены соответственно, «усилитель — пластины», «внутр. — внешн.» и «делитель 1:1 — 1:2». Сигнал, поступивший на блок синхронизации, запускает ждущую развертку или синхронизирует непрерывную развертку.

Блок синхронизации представляет собой одинаковые цепочки, включающие в себя диоды типа ДГ-Ц6 (Д2 и Д3). Эти цепочки обеспечивают для запуска ждущей развертки подачу отрицательного импульса, независимо от полярности сигнала.

При внешней синхронизации работает лишь цепочка с диодом Д2, обеспечивая запуск развертки отрицательным сигналом. Запуск развертки положительным сигналом осуществляется через цепочку С28, Д1 (ДГ-Ц6) и R27. Вид синхронизации переключается переключателем синхронизации П3.

Блок разверток состоит из генератора развертки, мультивибратора, фиксатора амплитуды развертки, фаэоинвертора. Генератор развертки работает на лампе типа 6Н3П (Л3) по схеме генератора с токостабилизирующим двухполюсником (лампа Л3б и конденсатор С40)

В качестве развертывающего напряжения используется напряжение заряда конденсаторов С14 — С27 в зависимости от выбранной частоты и вида развертки.

Частота и вид развертки переключаются при изменении зарядной емкости переключателем П2, ручка которого на передней панели обозначена «развертка».

Частота непрерывной развертки плавно регулируется изменением величины зарядного сопротивления R22, ручка которого обозначена «частота».

Напряжение развертки снимается с нагрузки R47 — R49 катодного повторителя, работающего на лампе Л3б. Со всей нагрузки напряжение развертки подается на одну горизонтально отклоняющую пластину непосредственно, на другую — через фазоинвертор, работающий их лампе типа 6НЗП (Л4б).

С потенциометра R48 напряжение подается на фиксатор амплитуды развертки, работающий на лампе Л4а. Лампа фиксатора амплитуды в нормальном состоянии заперта.

Когда амплитуда пилообразного напряжения достигнет установленной величины, лампа Л4а откроется и через мультивибратор, работающий на лампе Л2, откроет разрядную лампу генератора (Л3а). Начинается обратный ход развертки.

Мультивибратор работает на лампе Л2 по схеме с двумя устойчивыми состояниями в режиме ждущей развертки и по схеме с одним устойчивым состоянием при непрерывной развертке.

При ждущей развертке мультивибратор переводится из одного состояния в другое импульсом от блока синхронизации. В исходном состоянии лампа Л2а заперта, Л2б — открыта.

Синхронизирующий импульс переводит мультивибратор в другое состояние, обеспечивая запирание лампы генератора развертки Л3а. Достигнув напряжения развертки установленной величины, фиксатор амплитуды (Л4а) вернет мультивибратор в исходное состояние.

При непрерывной развертке в исходном состоянии лампа Л2а открыта, а лампа Л2б закрыта, генератор развертки вырабатывает напряжение развертки, пока фиксирующая схема не переведет мультивибратор в другое (временно устойчивое) состояние, продолжительность которого определяется постоянной времени цепи R16, С7 — С11.

Из одного режима в другой мультивибратор переводится одновременно с установкой частоты и вида развертки переключателем П2.

В осциллографе применена трубка типа 7ЛО55. Напряжение подается на электроды трубки с делителя R58 — R68, питаемого высоковольтными выпрямителями.

Переменным сопротивлением R55 можно изменять выпрямленное напряжение, питающее электроды трубки, и тем самым регулировать ее чувствительность по отклонению луча (регулируется на заводе).

Яркость регулируется потенциометром R58, ручка которого обозначена «яркость, фокус», а фокусировка изображения — потенциометром R67 (на передней панели та же ручка).

Изображение на экране перемещается по вертикали и горизонтали потенциометром R35 и R40. Для этой регулировки на переднюю панель выведена ручка, обозначенная «смещение луча».

Блок питания состоит из силового трансформатора Tp1 и четырех выпрямителей. Для питания анодных цепей ламп служит низковольтный выпрямитель, собранный по схеме удвоения на германиевых диодах типа ДГ-Ц24 (Д5 — Д8).

Отрицательное напряжение снимается с выпрямителя, работающего по схеме удвоения на диодах ДГ-Ц24 (Д9 — Д10). Высоковольтные выпрямители работают по схеме однополупериодного выпрямления на селеновых столбиках типа АВС-1-1000 (Д11 и Д12).

Осциллограф С1-6 (ЭМО-2) ламповый, принципиальная схема, фото

Принципиальная электронная схема лампового осциллографа С1-6 (ЭМО-2), фото и описание прибора.

Электронный осциллограф ЭМО-2 начал выпускаться с 1957 года.  С 1960 года осциллограф выпускался заводом под наименованием «С1-6». Электронный осциллограф «ЭМО-2» (С1-6) предназначен для наблюдения периодических электрических и импульсных процессов и определения длительности и  амплитуды колебаний.

Электронный малогабаритный осциллограф С1-6 (ЭМО-2) представляет собой универсальный радиоизмерительный прибор,
предназначенный для испытания радиоаппаратуры в полевых условиях. На экране осциллографа можно наблюдать изображения
электрических сигналов синусоидальной формы с частотой от 30 Гц до 50 кГц и импульсных сигналов любой формы и полярности с длительностью от 0,1 до 500 мксек. 

Он рассчитан на электрическую сеть переменного тока 115 или 220 вольт с частотой 400 герц. Потребляемая мощность — 35 ватт. В осциллографе приенена электронно-лучевая трубка 7ЛО-55. Габариты прибора —  140х210х275 мм. Масса осциллографа — примерно 4,5 кг.

Основные технические характеристики

Усилитель вертикального отклонения имеет следующие характеристики:

• полосу пропускания от 30 Гц до 1 МГц с неравномерностью частотной характеристики не более 3 дБ;
• коэффициент усиления 10;
• сопротивление входа 0,5 МОм с параллельной емкостью не более 55 пФ.

Осциллограф обеспечивает наблюдение сигналов с амплитудами:

• При подаче сигнала из вход усилителя от 2 до 10 В;
• При подаче сигнала на вертикально отклоняющие пластины трубки от 10 до 200 В;
• При подаче сигнала на пластины трубки с использованием выносного делителя до 1500 В.

Электронно-лучевая трубка имеет постоянную шкалу чувствительности отклонения луча по вертикали и масштаб линии развертки, которые позволяют определять амплитуду и длительность исследуемых сигналов.

В осциллографе имеется два вида разверток:

• непрерывная с диапазоном частот от 30 Гц до 10 кГц.
• ждущая с фиксированными длительностями 1,5; 5; 15; 50; 150 и 500 мксек с погрешностью не более +- 5%

Нелинейность разверток не превышает  — 5% для ждущей и 10%  — для непрерывной. Осциллограф имеет два вида синхронизации внутреннюю — исследуемым сигналом и внешнюю — сигналом с амплитудой от 20 до 50 В.

Осциллограф С1-6 рассчитан на непрерывную работу в течение 4 ч при температуре от -40 до +50 град. С и относительной влажности 60 — 70 %. Прибор питается от сети переменного тока частотой 400 Гц напряжением 115 и 220 В с колебанием напряжения сети +- 3%. Потребляемая мощность не более 35 Вт.

Принципиальная схема 

Блок схема прибора содержит выносной делитель, входной делитель, усилитель вертикального отклонения луча и усилителя синхронизации, блок синхронизации, блок разверток, электронно-лучевую трубку, блок питания.

Усилитель вертикального отклонения луча и синхронизации работает на лампе типа 6Н3П (Л1) по парафазной схеме. На вход усилителя сигнал подается с клемм, находящихся на передней панели осциллографа (клеммы «вход»). Исследуемый сигнал амплитудой от 2 до 10 В подается на вход усилителя ослабленным вдвое емкостно-реостатным делителем C32, R75, R74, C3, R5, R6. Сигнал амплитудой от 10 до 200 В подается на вход усилителя дополнительно через входной делитель емкостно-реостатного типа (R3, C2 и R4).

В первом случае выхода усилителя сигнал поступает на вертикально отклоняющие пластины трубки (при установке переключателя П4 в положение «усилитель») и блок синхронизации (при установке переключателя П3 в положение «внутр.»).

Во втором случае, усиленный сигнал поступает только на блок синхронизации, а на пластины трубки сигнал подастся с входных клемм через делитель R1, C1, R2.

Ручки переключателей П4, П3, и П1 выведены на переднюю панель и обозначены соответственно, «усилитель — пластины», «внутр. — внешн.» и «делитель 1:1 — 1:2». Сигнал, поступивший на блок синхронизации, запускает ждущую развертку или синхронизирует непрерывную развертку.

Блок синхронизации представляет собой одинаковые цепочки, включающие в себя диоды типа ДГ-Ц6 (Д2 и Д3). Эти цепочки обеспечивают для запуска ждущей развертки подачу отрицательного импульса, независимо от полярности сигнала.

При внешней синхронизации работает лишь цепочка с диодом Д2, обеспечивая запуск развертки отрицательным сигналом. Запуск развертки положительным сигналом осуществляется через цепочку С28, Д1 (ДГ-Ц6) и R27. Вид синхронизации переключается переключателем синхронизации П3.

Блок разверток состоит из генератора развертки, мультивибратора, фиксатора амплитуды развертки, фаэоинвертора. Генератор развертки работает на лампе типа 6Н3П (Л3) по схеме генератора с токостабилизирующим двухполюсником (лампа Л3б и конденсатор С40)

В качестве развертывающего напряжения используется напряжение заряда конденсаторов С14 — С27 в зависимости от выбранной частоты и вида развертки. Частота и вид развертки переключаются при изменении зарядной емкости переключателем П2, ручка которого на передней панели обозначена «развертка».

Частота непрерывной развертки плавно регулируется изменением величины зарядного сопротивления R22, ручка которого обозначена «частота». Напряжение развертки снимается с нагрузки R47 — R49 катодного повторителя, работающего на лампе Л3б. Со всей нагрузки напряжение развертки подается на одну горизонтально отклоняющую пластину непосредственно, на другую — через фазоинвертор, работающий их лампе типа 6НЗП (Л4б).

С потенциометра R48 напряжение подается на фиксатор амплитуды развертки, работающий на лампе Л4а. Лампа фиксатора амплитуды в нормальном состоянии заперта. Когда амплитуда пилообразного напряжения достигнет установленной величины, лампа Л4а откроется и через мультивибратор, работающий на лампе Л2, откроет разрядную лампу генератора (Л3а). Начинается обратный ход развертки.

Мультивибратор работает на лампе Л2 по схеме с двумя устойчивыми состояниями в режиме ждущей развертки и по схеме с одним устойчивым состоянием при непрерывной развертке.

При ждущей развертке мультивибратор переводится из одного состояния в другое импульсом от блока синхронизации. В исходном состоянии лампа Л2а заперта, Л2б — открыта. Синхронизирующий импульс переводит мультивибратор в другое состояние, обеспечивая запирание лампы генератора развертки Л3а. Достигнув напряжения развертки установленной величины, фиксатор амплитуды (Л4а) вернет мультивибратор в исходное состояние.

При непрерывной развертке в исходном состоянии лампа Л2а открыта, а лампа Л2б закрыта, генератор развертки вырабатывает напряжение развертки, пока фиксирующая схема не переведет мультивибратор в другое (временно устойчивое) состояние, продолжительность которого определяется постоянной времени цепи R16, С7 — С11. Из одного режима в другой мультивибратор переводится одновременно с установкой частоты и вида развертки переключателем П2.

В осциллографе применена трубка типа 7ЛО55. Напряжение подается на электроды трубки с делителя R58 — R68, питаемого высоковольтными выпрямителями. Переменным сопротивлением R55 можно изменять выпрямленное напряжение, питающее электроды трубки, и тем самым регулировать ее чувствительность по отклонению луча (регулируется на заводе).

Яркость регулируется потенциометром R58, ручка которого обозначена «яркость, фокус», а фокусировка изображения — потенциометром R67 (на передней панели та же ручка).

Изображение на экране перемещается по вертикали и горизонтали потенциометром R35 и R40. Для этой регулировки на переднюю панель выведена ручка, обозначенная «смещение луча».

Блок питания состоит из силового трансформатора Tp1 и четырех выпрямителей. Для питания анодных цепей ламп служит низковольтный выпрямитель, собранный по схеме удвоения на германиевых диодах типа ДГ-Ц24 (Д5 — Д8). Отрицательное напряжение снимается с выпрямителя, работающего по схеме удвоения на диодах ДГ-Ц24 (Д9 — Д10). Высоковольтные выпрямители работают по схеме однополупериодного выпрямления на селеновых столбиках типа АВС-1-1000 (Д11 и Д12).

Внутрисхемное измерение катушек индуктивности и трансформаторов с помощью осциллографа

НАСТОЯЩЕЕ ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ

• Обзор основ теории катушек индуктивности и трансформаторов, особенно в том, что касается внутрисхемных измерений
• Объясняет, как использовать осциллограф и соответствующие пробники для измерения характеристик катушки индуктивности и трансформатора во время работы источника питания.
• Объясняет использование измерений индуктивности и кривых B-H для получения представления о производительности.

Хотя некоторые из описанных измерений можно настроить вручную, программное обеспечение для анализа мощности, работающее на осциллографе, может обеспечить более быструю настройку и улучшенную воспроизводимость. Примеры в этих указаниях по применению были разработаны с использованием программного обеспечения 5-PWR Advanced Power Analysis на осциллографе серии 5 MSO. MSO серии 6 с 6-PWR работает идентично. Многие описанные здесь измерения индуктивности и трансформатора также доступны с помощью DPOPWR Advanced Power Analysis, хотя дисплеи и элементы управления будут отличаться от показанных.

РИСУНОК 1. Катушки индуктивности и трансформаторы играют ключевую роль в импульсных источниках питания, включая фильтры, повышающие и понижающие преобразователи, изоляцию, накопление энергии и генераторы.

Введение

В импульсных источниках питания (SMPS) магнитные компоненты, а именно катушки индуктивности и трансформатор, играют важную роль. Катушки индуктивности служат в качестве накопителей энергии или фильтров. Трансформаторы используются для преобразования уровней напряжения и обеспечения изоляции. Трансформаторы также играют важную роль в поддержании колебаний в системах SMPS. Большая часть процесса проектирования SMPS опирается на спецификации компонентов и имитационные модели. Однако из-за реальных условий сигнала, паразитных явлений, температуры и других факторов окружающей среды, влияющих на работу магнитного компонента, источник питания может работать не так, как предсказывается спецификациями и моделированием. Таким образом, внутрисхемные измерения катушек индуктивности и трансформаторов, выполненные в рабочих условиях, могут предоставить важную информацию.

Краткий обзор теории индуктора

Законы Фарадея и Ленца говорят нам, что ток через индуктор и напряжение на индукторе связаны следующим образом:

Это показывает, что индуктивность можно рассматривать как степень изменения тока получается противоположное напряжение. Интегрируя, переставляя и игнорируя знак, мы можем получить

. Это показывает, что индуктивность может быть определена как функция напряжения и тока во времени. Это идеальная работа для осциллографа, оснащенного пробником напряжения, пробником тока и способен выполнить интегрирование и построить график X в зависимости от Y

В отличие от теоретического индуктора, значение индуктивности реального индуктора зависит от уровня тока, температуры и рабочей частоты. В источнике питания эти характеристики меняются в реальном времени в зависимости от условий эксплуатации.

РИСУНОК 2. Базовый индуктор – катушка, намотанная на замкнутый ферромагнитный сердечник. По катушке, состоящей из N витков, протекает ток в 1 ампер. Индуктивность катушки описывает соотношение между током, протекающим в катушке, и магнитным потоком

Например, индуктивность тороида на рисунке 2 может быть аппроксимирована как

Где:

мк — магнитная проницаемость сердечника

Н — число витков провода на тороиде

r — радиус сердечник от пунктирной центральной линии в см

A площадь поперечного сечения сердечника в см2 (считается малой по сравнению с радиусом тороида)

Поскольку это число витков возведено в квадрат, это самый большой вклад в индуктивность. Проницаемость материала сердечника также играет важную роль. Однако значение индуктивности также связано с физическим размером компонента. Чтобы минимизировать размер индуктора, в большинстве индукторов в электронике используются материалы сердечника, которые имеют гораздо более высокую проницаемость, чем воздух.

Короче говоря, характеристики материала и геометрии сердечника имеют решающее значение для определения индуктивности в различных условиях эксплуатации, а также потерь мощности в устройстве.

Измерения индуктивности и зависимость I от ∫V

Разработчики источников питания часто используют методы моделирования, чтобы определить подходящее значение дросселя для конструкции. После изготовления катушки индуктивности обычной практикой является проверка индуктивности с помощью измерителя LCR. Однако большинство измерителей LCR стимулируют компонент синусоидами в узком диапазоне частот, поэтому, хотя это хороший метод для подтверждения того, что компонент имеет примерно правильное значение, он плохо предсказывает работу схемы.

Характеристики индуктивности катушки индуктивности зависят от сигнала возбуждения источника тока и напряжения, формы волны и рабочей частоты, которые могут изменяться в условиях эксплуатации в реальном времени. Поэтому желательно, чтобы разработчики могли измерять и наблюдать за поведением катушки индуктивности в динамически изменяющейся среде источника питания. Программное обеспечение Tektronix Advanced Power Analysis (например, 5-PWR) автоматизирует это измерение.

РИСУНОК 3. Указание канала напряжения и канала тока для настройки индуктивности и измерений i по сравнению с ∫v.

ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

Измерения выполняются путем измерения напряжения на устройстве, обычно с помощью датчика дифференциального напряжения. Датчик тока обычно используется для измерения тока через магнитный компонент.

Для определения индуктивности приложение интегрирует напряжение по времени и делит на изменение тока. Он удаляет любое смещение постоянного тока и использует усреднение для расчета значения индуктивности.

Примечание по измерению индуктивности трансформаторов и связанных катушек индуктивности

При измерении индуктивности трансформатора не нагружайте вторичную обмотку. Измерение индуктивности первичной обмотки без нагрузки эквивалентно измерению индуктивности катушки индуктивности с одной обмоткой. Когда вы измеряете индуктивность связанного индуктора с несколькими обмотками на одном сердечнике, измеренное значение индуктивности будет отклоняться от фактического значения из-за влияния тока на другую обмотку/обмотки.

РИСУНОК 4. Измерение индуктивности дает среднее значение индуктивности в генри. Желтый сигнал (Ch2) представляет собой напряжение на индукторе, а синий сигнал (Ch3) представляет собой ток через индуктор. На графике слева показана зависимость тока i от ∫vdt, наклон которой представляет собой индуктивность. Разработчики могут видеть любое смещение постоянного тока, накапливающееся в течение нескольких циклов. Желтый сигнал (Ch2) представляет собой напряжение на индукторе, а синий сигнал (Ch3) представляет собой ток через индуктор.

Измерения кривой B-H

Компоненты магнитного источника питания рассчитаны на ожидаемое рабочее напряжение, ток, топологию и конкретный тип силового преобразователя. Рабочие области катушек индуктивности и трансформаторов помогают определить стабильность импульсного источника питания. Однако рабочие характеристики источника питания могут меняться при включении питания, работе в установившемся режиме, изменениях нагрузки и изменениях окружающей среды, что чрезвычайно затрудняет рассмотрение всех возможных сценариев в процессе проектирования.

Таким образом, для обеспечения стабильности источника питания важно охарактеризовать рабочую область магнитного компонента при его работе в составе ИИП. Как правило, цель состоит в том, чтобы избежать насыщения и работать в линейной области кривой гистерезиса. Однако чрезвычайно сложно спроектировать магнитный компонент и гарантировать, что он будет работать в линейной области при любых условиях.

РИСУНОК 6. Типичная кривая B-H или «кривая гистерезиса». Производители материала сердечника могут предоставить такую ​​кривую гистерезиса в своих спецификациях.

Чтобы визуализировать характеристики катушки индуктивности и ее сердечника, разработчики используют кривые B-H, подобные показанной на рисунке 6. На этой кривой H, измеренная в А/м, представляет собой намагничивающую силу в устройстве. Он измеряется в амперах на метр и пропорционален току.

Результирующая плотность потока B пропорциональна интегралу напряжения на устройстве. Плотность магнитного потока B, измеряемая в единицах Тесла, представляет собой силу магнитного поля. Она определяет силу, действующую на движущийся заряд со стороны магнитного поля.

Из этой кривой видно:

• Проницаемость, мк . Измерено H/м. Это характеристика материала сердечника, и это скорость, с которой сила намагничивания H (управляемая током) создает плотность потока B (интегральное напряжение). Это наклон кривой B-H. Разработчики используют материал с высокой проницаемостью, чтобы обеспечить физически меньшие катушки индуктивности и трансформаторы.
• Плотность потока насыщения . Точка, в которой дополнительная сила намагничивания H перестает создавать приращение плотности потока B. Разработчики избегают насыщения в большинстве приложений источников питания.
• Характеристики гистерезиса . Гистерезис — это «ширина» кривой, указывающая на потери в источниках питания. В большинстве конструкций стремятся использовать магнитно-мягкие материалы сердечника, чтобы свести к минимуму эти характеристики.
  • — Остаток, Бр. Плотность магнитного потока, которая остается в материале после того, как сила намагничивания H падает до нуля
  • — Коэрцитивная сила, или Коэрцитивная сила, Hc. Значение H, необходимое для доведения плотности потока B до нуля. Признаки потенциальной нестабильности включают:
• Измеренная пиковая плотность потока, близкая к плотности потока насыщения, указанной в паспорте ядра, указывает на то, что компонент приближается к насыщению
• Кривые BH, которые меняются от цикла к циклу, указывая на насыщение. В стабильном/эффективном источнике питания кривая BH будет иметь симметричный обратный путь и последовательно будет следовать по этому пути.

Осциллограф можно использовать для внутрисхемного измерения напряжения на обмотке катушки индуктивности и силы тока через нее.

Зная количество витков в устройстве, магнитную длину устройства и площадь поперечного сечения сердечника, можно получить фактические значения B и H на основе измерений напряжения и тока в реальном времени. Из построенной кривой можно получить плотность потока насыщения, остаточную плотность потока, проницаемость и коэрцитивную силу

РИСУНОК 7. Измерение магнитных свойств 5-PWR дает график гистерезиса магнитного компонента в конструкции, чтобы проверить, находятся ли магнитные компоненты в состоянии насыщения или нет, так как это приводит к нестабильности блока питания.

ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

Для построения графика B-H измеряются напряжение на магнитном элементе и ток, протекающий через него. В случае трансформатора интерес представляют токи как в первичной, так и во вторичной обмотках.

Высоковольтный дифференциальный датчик подключается к дросселю или первичной обмотке трансформатора. Токовый пробник измеряет ток через катушку индуктивности или первичную обмотку. Датчики тока также используются для измерения тока через вторичные обмотки, если это необходимо.

Чтобы проанализировать кривую B-H с помощью программного обеспечения для анализа мощности, на панели конфигурации необходимо ввести несколько данных:

• Количество витков (N)
• Длина магнитного пути (л)
• Площадь поперечного сечения (Ae)

Программное обеспечение для анализа мощности затем может рассчитать ток намагничивания, используя данные каналов осциллографа, к которым подключены датчики тока.

Результаты магнитных свойств представлены, как показано на рисунке 11.

РИСУНОК 8. Магнитные измерения трансформатора с несколькими вторичными обмотками. Сигнал Ref1 (белый) представляет собой напряжение на дросселе, а сигнал Ref 2 (синий) представляет собой ток дросселя. Математический wfm (оранжевый), который является результирующим текущим wfm, создается, когда пользователь настраивает тестирование нескольких вторичных обмоток.

Результаты измерений

• Проницаемость: Степень намагниченности материала
• Bpeak: Максимальная плотность магнитного потока, индуцируемого в магнитном компоненте
• Br: Точка на кривой, где H = 0, но B все еще имеет положительное значение. Это известно как остаточная намагниченность компонента, мера его сохраняемости. Чем выше остаточная намагниченность, тем больше намагниченности сохранит материал.
• Hc: Точка на кривой, где B = 0, а H — отрицательное значение. Это представляет собой внешнее поле, необходимое для того, чтобы B достигла нуля. Это значение H известно как коэрцитивная сила. Небольшое значение коэрцитивной силы означает, что компонент может быть легко размагничен.
• Hmax: максимальное значение H на пересечении оси H и петли гистерезиса
• I-пульсация: размах тока

КРИВЫЕ B-H ДЛЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Для измерения магнитных характеристик трансформатора в рабочих условиях необходимо учитывать ток, передаваемый во вторичную обмотку. При измерении кривой B-H на трансформаторе полезно учитывать теоретический элемент, называемый «намагничивающий индуктор». Давайте посмотрим на обычно используемый трансформатор с несколькими вторичными обмотками и его эквивалентную схему.

РИСУНОК 9. Схема трансформатора (слева) и эквивалентная схема (справа), показывающая ток намагничивания, протекающий через воображаемую катушку индуктивности LM параллельно первичной обмотке. LM моделирует магнитные характеристики трансформатора.

Ток намагничивания — это ток, который будет протекать через первичную обмотку трансформатора, когда вторичная обмотка разомкнута (без нагрузки). Другими словами, ток намагничивания не создает никакого тока во вторичной обмотке. Как показано на рис. 9, трансформаторы моделируются с этим током намагничивания, протекающим через «индуктор намагничивания» на первичной обмотке. Как правило, это используется для моделирования характеристик намагничивания материала сердечника.

Программное обеспечение 5-PWR позволяет измерять ток во вторичных обмотках трансформатора и выполнять математические операции для изоляции тока намагничивания и представления точной кривой B-H трансформатора в рабочих условиях.

РИСУНОК 10. Потери в трансформаторе можно смоделировать как комбинацию линейных элементов.

Анализ потерь

Потери в магнитных компонентах вносят значительный вклад в общие потери в источнике питания. На рис. 10 показаны основные элементы, определяющие потери в магнитных компонентах:

• Потери в сердечнике зависят от магнитных свойств материала и включают гистерезисные потери и потери на вихревые токи
• Потери в меди из-за сопротивления обмоток. Это также зависит от нагрузки, подключенной к вторичной обмотке трансформатора
.

Существует ряд методов оценки потерь в сердечнике. Одним из таких методов является эмпирическая формула Штейнмеца, которая связывает потери в сердечнике с частотой и плотностью потока:

, где k, a и b — константы для материала сердечника, которые обычно берутся из таблицы данных производителя сердечника. В таблицах данных также могут быть даны оценки потерь на различных частотах и ​​плотности потока; однако они обычно даются в ответ на синусоидальное возбуждение. Однако в силовых приложениях компоненты обычно приводятся в действие несинусоидальными воздействиями, что вызывает неопределенность в таких приближениях.

Программное обеспечение для анализа 5-PWR измеряет общие магнитные потери. Он рассчитывается по средней мощности сигналов напряжения и тока, среднему значению (v(t) ∙ i(t)). Общие магнитные потери включают как потери в меди, так и потери в сердечнике.

РИСУНОК 11. Измерение магнитных потерь 5-PWR дает общие магнитные потери, которые включают потери в сердечнике и потери в меди. Разработчики могут найти потери в сердечнике из технических данных производителя компонентов и получить потери в меди, вычитая потери в сердечнике из общих магнитных потерь.

ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

5-PWR позволяет рассчитать магнитные потери в катушке с одной обмоткой, в катушке с несколькими обмотками или даже в трансформаторе. В случае однообмоточного трансформатора подключается дифференциальный щуп для измерения напряжения на первичной обмотке. Датчик тока измеряет ток через трансформатор. Затем программное обеспечение для измерения мощности может автоматически рассчитать магнитные потери мощности.

Результаты потерь магнитной мощности представлены на рис. 11. На нем показаны общие потери мощности в магнитном компоненте.

Ссылка

1. «Измерение индуктивности с помощью цифрового запоминающего осциллографа в условиях реального времени — номер патента — 6876936»
2. Машины переменного тока, М. Г. Сэй.
3. Внутрисхемное измерение плотности потока насыщения Bsat, коэрцитивной силы Hc и магнитной проницаемости магнитных компонентов с использованием цифрового запоминающего осциллографа

Найдите более ценные ресурсы на TEK. COM

---

Copyright © Tektronix. Все права защищены. Продукция Tektronix защищена патентами США и других стран, как выданными, так и заявленными. Информация в этой публикации заменяет информацию во всех ранее опубликованных материалах. Привилегии изменения спецификации и цены защищены. TEKTRONIX и TEK являются зарегистрированными товарными знаками Tektronix, Inc. Все остальные упомянутые торговые названия являются знаками обслуживания, товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками соответствующих компаний.

07/18 55W-61401-2

Не могу понять, почему осциллограф требует неполной цепи для измерения напряжения во вторичной обмотке трансформатора с очень малой индуктивностью

спросил 5 лет, 6 месяцев назад

Изменено 5 лет, 6 месяцев назад

Просмотрено 534 раза

\$\начало группы\$

Если я соберу (очень плохой) трансформатор (для учебных целей), используя несколько витков провода для первичной и вторичной катушек, и использую генератор сигналов на первичной стороне, я могу измерить напряжение на вторичной стороне с помощью щуп осциллографа, но только если я не заземляю другую сторону вторичной обмотки. Если я заземлю другую сторону вторичной обмотки на осциллограф, я увижу только шум на осциллографе. Если я использую коммерческий трансформатор, вторичная обмотка которого имеет большую индуктивность, то я могу измерить напряжение на вторичной обмотке обычным способом, подключив один щуп осциллографа к одной стороне вторичной обмотки, а другой (земля) к другой стороне. . Это кажется проблемой только для небольших самодельных трансформаторов с низкой индуктивностью. Но я не могу понять этого поведения. Спасибо! 92\$ . Тогда, если взаимная связь низка, вы не получите много сигнала.

Затем емкостная связь между первичной и вторичной обмотками позволяет увидеть потенциальный сигнал, связанный со вторичной обмоткой. Но как только он будет заземлен или подключен к нагрузке, сигнал пропадет из-за плохой взаимной связи. затем убедитесь, что собственная резонансная частота намного выше, чем при использовании межобмоточной емкости.

^{смоделируйте эту схему — схема создана с помощью CircuitLab}

Посмотрите, как заземление другой стороны в этом случае закорачивает емкость. Попробуйте поменять местами вторичную обмотку и посмотреть, изменится ли она немного.

Оцените импеданс каждого компонента, R, LC и нагрузку, чтобы понять, почему необходимо обеспечить, чтобы первичный импеданс был в 10 раз выше минимального импеданса нагрузки (относительно входа) для регулирования нагрузки 10%. (типовой)

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

5 витков, диаметр = 2см в комментарии. Я вижу, что катушки подходят для десятков мегагерц. У вас слишком низкая частота.

В комментариях и других ответах предполагается, что сигнал имеет емкостной путь к входу вашего прицела, когда сторона GND вторичной обмотки отключена.

Но это только один проводной маршрут. Должен добавить, что второй провод — это соединение от GND генератора к GND осциллографа через защитное заземление или емкость от источников питания к проводам сетевого питания.