軟磁環磁滯回線測量中的定標

摘　要：介紹了磁滯回線測量中的定標方法,與標樣參數進行對比,分析了誤差來源。給出了磁滯回線測量原理,并對傳統的測量電路進行了改進。
 
關鍵詞： 磁滯回線 功率放大器 定標

隨著電子信息產業的發展,與其密切相關的軟磁材料及其性能測量引起了人們的高度重視。軟磁材料絕大多數都用作工作在動態磁化條件下的磁性器件[1],如開關電源變壓器磁芯、回掃變壓器磁芯、濾波器磁芯等。磁性產品性能的好壞主要取決于作為導磁材料的磁心的性能[2]。因此設計者迫切需要知道軟磁材料在實際應用條件下的磁性能。而磁滯回線包含了體現磁材料性能的參數,如矯頑力、剩磁等,有了這些參數才能進行最佳的設計。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雜的原理和計算,所以測量結果存在一定的誤差。本文將著重敘述獲取參數的原理和方法,并作出誤差分析。

 
 
圖1 磁滯回線測量原理

1 測量原理

測量動態回線的方法很多,經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,在工業測量中有著廣泛的應用。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;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電壓;ur1為小電阻R1上因磁化電流通過而產生的電壓。感應電壓e2與磁感應強度B的關系為:
　　
式(1)中,S為標準磁環的面積。在圖1中,電壓降ur1與磁場強度H的關系可用下式表示:
　　
式(2)中,l為平均磁路長度,對于環行樣品,為磁環的平均直徑。
線路里R、C和運放構成了R-C積分器,當R、C取值適當,即時,可得積分器的輸出值為:
　　
因為電路為反相積分器,所以為了反映正相的B,在積分器前加了反相器。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,而實驗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量;二是由于信號發生器輸出信號功率小,激勵電流小,小磁環很難達到飽和,幾乎得不到高頻磁滯回線。為此需進行以下改進得到高頻磁滯回線。

 
 
圖2 改進后的測量電路

2 測量電路的改進

圖2為改進后的測量電路,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,使磁環達到飽和。TDA2006的特點是通頻帶寬、高頻特性好、噪聲小、失真系數小。片內設置了各種保護電路,對電流浪涌、過壓和負載短路等異常情況都有較強的適應性,應用方便,可以獲得大的不失真功率。達到的性能指標如下:

　　(1)頻率響應范圍50Hz～100kHz,