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电容与电感对电流测试的影响

低压电路 | 发布时间:2017-11-08 | 人气: | #评论# |本文关键字:电容,电感,测试,电流,仿真
摘要:说起测试,最基本的就是电压和电流的测试,对于比较理想的条件下,电压和电流的测试是比较容易的,借助测试V/I源,我们可以很方便的对电压和电流进行测试。 然而,在实际的测试

说起测试,最基本的就是电压和电流的测试,对于比较理想的条件下,电压和电流的测试是比较容易的,借助测试V/I源,我们可以很方便的对电压和电流进行测试。

然而,在实际的测试应用中,外围条件存在很多局限性,接触电阻、寄生电容和寄生电感无处不在,这些因素都会对测试造成影响。在这里,我就举一个例子,让大家了解一下电容与电感对电流测试的影响。

做过测试的人都知道,当我们要测试电流的时候,如果在测试端加了电容,特别是较大的电容后,电流测试就变得不稳定,有可能测试值偏大,也有可能需要等到更长的时间才可能测试到稳定的电流值,这里面还不包含电容本身的漏电。

在这里,我们一起做一个仿真实验。

假设我们需要测试某个电阻的大小,我们采用加压测流的方式进行测试。我们假设这个电阻R1的大小为100K左右,我们施加在电阻两端的电压V1=5V,通过测试通过R1(100K)的电流,我们就可以计算出对应的电阻来。如果是在比较理想的条件下,我们可以很容易就测试到50uA左右的电流,然后通过计算得到100K的电阻。

然而,在实际的测试应用中,由于接触电阻、电感和电流的存在,都会对测试造成影响。

因为在实际测试中可以采用开尔文的方式进行测试,是可以消除接触电阻的影响的,所以,在这里,只考虑电容和电感的影响。

请大家看以下的仿真电路(采用了LTspice IV免费仿真软件http://ltspice.linear.com/software/LTspiceIV.exe),我们需要测试通过R1的电流,而这个电流实际上是测试源V1本身测量到的。在实际条件下,测试源和需要测试的电阻之间,不可避免的存在寄生电感和寄生电容,我们分别定义为L1和C1。

仿真电路

我们可以预设一下L1=10nH,C1=10nF,我们假设V1从0V上升到5V的rising time为1mS。

跑一下仿真,我们检测一下通过V1的电流(测试源测试到的电流),得到的仿真结果如下:

KQ~$`VZ3K03CYRQ2WQ)L32U

我们可以发现,电流的峰值达到了100uA左右(不考虑电流方向),而稳定后的电流值应该是50uA左右。为什么会有这个100uA的电流产生呢?这个,就是电容的影响。

根据电容的计算公式,我们可以得到i=C*dV/dt,根据已知条件,我们可以知道C=10nF,dV=5V, dt=1mS,通过计算,我们就可以得到i=100uA!如果电容C1计算增大到1uF呢,我们可以计算得到i=10mA!当然,实际的V1的rising time会小一些,这个峰值电流也会小一些。但是,由于电容C1的存在,瞬间的峰值电流仍然可能很大!

特别是我们需要测试一些小电流的时候,我们往往需要使用较小的电流量程档来提高测量精度,但是,由于这个峰值电流的影响,有可能会使得测试源进入电流满量程或者电流钳位保护,无法进行测试;如果我们提高电流量程档,却又会对电流测量精度造成影响!

继续观察仿真图,我们还可以发现,电流在V1上升的瞬间就开始振荡,V1稳定以后(需要1mS时间),仍然在振荡,经过大约100uS以后才逐渐稳定下来。由于电流在振荡,我们必须等待足够的时间,待电流稳定以后再进行测试,否则,就可能造成电流测试的不稳定。

这是什么原因引起的呢,这是电感的影响!其实这就是一个LRC电路。L对振荡时间的影响是最大的。如果我们保持其它条件不变,取L1=100nH,振荡时间达到了2mS!而如果取L1=1nH, 振荡时间只有10uS左右了。

通过以上的仿真实验,我们了解了实际测试中电容和电感的影响,这就要求我们,设计合理的测试线路,减少外围器件的影响,同时也要尽量优化硬件设计,尽可能减少寄生电感和电容的影响。


责任编辑:电气自动化网

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