진동수 응답 분석기
Moku 주파수 응답 분석기(FRA)는 Moku 출력에서 스위프 사인파를 구동하고 Moku 입력에서 수신된 신호 진폭(또는 전력)과 위상을 동시에 측정합니다. 이는 테스트 중인 시스템 또는 장치의 전달 함수를 측정하고 일반적으로 보드 플롯이라고 하는 진폭 및 위상 대 주파수 플롯을 생성하는 데 사용할 수 있습니다.
전원 장치
. 첫 번째 부분 이 애플리케이션 노트 시리즈 [1]에서 1V의 dBm 전력 측정에 대해 논의했습니다.pp Moku 출력에서 구동되어 입력으로 다시 루프되는 사인파.
우리는 이것이 1V라고 결정했습니다.pp, Moku의 50Ω 입력을 통해 구동되어 전력 측정으로 이어집니다.
그런 다음 이 전력비를 사용하여 저항 임피던스를 정확하게 측정했습니다.
인덕턴스
2포트 측정
이 예에서는 알려진 인덕터를 측정합니다. Wurth 전자 부품 #7447021. 이는 표 100에 표시된 10μH 인덕터로, 허용 오차 ± 20%로 1kHz로 지정됩니다.
표 1 : 데이터시트의 인덕터 사양 [2]
Moku:Lab을 사용한 설정 예가 그림 1에 나와 있습니다. XNUMX포트 측정의 경우 첫 번째 입력과 두 번째 입력을 사용합니다. 이것
Moku:Lab 스위프 사인 출력에 대한 유도 부하를 허용합니다.
그림 1 : Moku:Lab 측정 설정
Moku:Lab 입력 임피던스를 보여주는 등가 회로가 그림 2에 나와 있습니다.
그림 2 : 2포트 등가 회로
R1과 R2는 입력 임피던스(50Ω)입니다. 테스트 대상 장치(DUT)는 인덕터입니다.
Moku FRA를 통해 V의 위상을 결정할 수 있습니다.1 대 V2 주파수뿐만 아니라 크기에도 걸쳐요.
계산
기본 회로 이론에 따르면 인덕터는 유도성 리액턴스를 나타내며 이 리액턴스와 Moku 50Ω 저항성 입력 임피던스는 페이저 다이어그램으로 표현될 수 있습니다(그림 3).
그림 3 : 임피던스의 페이저 차트
따라서 인덕턴스를 결정할 수 있습니다. L 주파수 f에서 위상 ∅를 측정하면.
측정 설정 및 결과
그림 4는 Moku:Lab 벤치 설정을 보여줍니다. Moku:Lab iPad 앱에서 FRA 장비를 설정하고 크기 및 위상 대 주파수 플롯을 생성하는 데는 몇 분 밖에 걸리지 않습니다. 그런 다음 클라우드 버튼을 탭하면 앱의 플롯이 공유됩니다. 스크린샷과 고해상도 .CSV 형식의 데이터는 MyFiles, SD 카드 또는 이메일로 내보내집니다. 이 경우 그림 5와 같이 데이터를 Dropbox 폴더에 공유했습니다.
그림 4 : Moku:Lab 벤치 설치
그림 5 : 100μH 인덕터의 FRA 스윕
스위프 사인은 Moku 출력 채널 1에서 10kHz ~ 1MHz에서 생성됩니다. 파란색 트레이스는 채널 2(V2), 빨간색 트레이스는 채널 1(V1). Moku 수학 채널은 주황색이며 (ch2 ¼ ch1)을 표시하도록 구성됩니다. 10kHz, 100kHz 및 1MHz에서 위상과 크기를 측정하기 위해 여러 커서가 추가되었습니다.
주황색 수학 채널 커서를 사용하면 관심 있는 10kHz 주파수의 위상 차이가 ∅ = 6.775°라는 것을 빠르게 확인할 수 있습니다.
(1)에서 우리는 계산합니다 XL= 5.94Ω
(2)에서 인덕터 값을 계산합니다. L = 94.5μH.
이는 100μH ± 20% 사양 내에 있습니다.
인덕터는 10kHz로 지정되어 있지만 그림 5에서 100kHz(∅= 47.619°)로 측정할 수도 있습니다. 다시, 식(2)를 적용하면 L = 87.2μH가 됩니다. 이는 지정된 값보다 떨어지지만 실제 코일 인덕터의 정상적인 동작입니다.
Moku iPad 앱을 사용하여 고해상도 FRA 크기 및 위상 데이터를 Dropbox를 통해 .CSV 파일에 저장했기 때문에 이를 Excel로 신속하게 가져올 수 있고 식(2)를 사용하여 인덕턴스(파란색) 플롯을 생성할 수 있습니다. 그림 6에 표시된 위상(녹색) 대 주파수.
그림 6: 인덕턴스 및 위상 대 주파수
이는 100kHz 이상에서 인덕턴스가 사실상 5이 되는 약 XNUMXMHz까지 인덕턴스가 꾸준히 감소한다는 것을 분명히 보여줍니다.
이는 실제 실제 코일 인덕터가 완벽한 인덕터가 아니라 약간의 저항과 정전 용량을 갖기 때문에 발생합니다. 등가 회로는 실제로 그림 7과 같습니다.
그림 7 : 인덕터 등가 회로
완벽한 인덕터는 주파수에 따라 선형적으로 증가하는 임피던스를 갖습니다. 그러나 실제 인덕터에는 병렬로 유효 기생 용량이 있습니다(Cepc) 저항성 요소 R과 함께ESR 및 REPR. 아르 자형ESR 때때로 데이터시트에서 DC 저항으로 인용되며 와이어 코일의 저항입니다. 아르 자형EPR 효과적인 병렬 또는 AC 저항이고 Cepc 와이어 코일의 근접성으로 인한 병렬 커패시턴스입니다.
따라서 공진 주파수는 다음과 같이 결정됩니다.
다시 인덕터 데이터시트[2]를 참조하면 인덕터는 그림 5에 재현된 약 5MHz에서 공진 피크를 나타내는 일반적인 임피던스 특성을 가지고 있음을 알 수 있습니다.
![그림 8: Wurth 인덕터 일반 임피던스: 참조 [2]](https://i0.wp.com/www.liquidinstruments.com/wp-content/uploads/2020/03/12-FIG1.jpg?resize=600%2C601&ssl=1)
그림 8 : Wurth 인덕터 일반 임피던스 [2]
Moku 장치를 사용하면 Dropbox를 통해 FRA 데이터를 .CSV로 공유하는 것이 매우 간단해지기 때문에 Excel을 사용하여 그림 9와 같이 크기 임피던스 대 주파수 플롯을 쉽게 제공할 수 있습니다.
그림 9 : Moku:Lab 측정 임피던스
측정된 공진은 5MHz보다 약간 높으며 측정 특성은 제조업체의 데이터시트에서 가져온 그림 8의 일반적인 성능과 거의 일치합니다.
요약
Moku 주파수 응답 분석기는 주파수에 따른 구성 요소의 유도 임피던스를 정확하게 측정할 수 있습니다. 주파수 응답 분석기는 Moku:Go, Moku:Lab 및 Moku:Pro에서 사용할 수 있습니다.
결과는 .CSV 파일과 Dropbox를 통해 iPad 또는 데스크톱 Moku 앱과 공유되었습니다. 우리는 인덕턴스와 위상 대 주파수를 임피던스 대 주파수와 함께 플롯하기 위해 Excel을 사용했습니다.
지정된 10kHz에서 계산된 임피던스는 부품 사양과 일치합니다. 또한 표시된 임피던스 대 주파수는 제조업체의 일반 차트(최대 20MHz)와 거의 일치했습니다.
참고자료
[1] Moku 주파수 응답 분석기를 사용한 임피던스 측정 가이드(1부)
[2] Wurth Electronics 100uH 코일 인덕터 데이터시트, https://www.we-online.de/katalog/datasheet/7447021.pdf
[3] Moku:Lab FRA 사용자 매뉴얼
