이 애플리케이션 노트는 Moku:Go 장치를 사용하여 정확한 임피던스 측정을 수행하는 방법에 대한 예와 설명을 제공합니다. ~ 안에 파트 1, 우리는 소프트웨어 정의 Moku 주파수 응답 분석기의 전압 측정을 사용하여 저항 측정 수학을 탐구했습니다. 이제 2부에서는 인덕턴스 측정에 대해 살펴보겠습니다.
Moku 주파수 응답 분석기 사용
Moku 주파수 응답 분석기는 Moku 출력에서 스위프 사인파를 구동하고 Moku 입력에서 수신된 신호 진폭(또는 전력)과 위상을 동시에 측정합니다. 이 데이터는 시스템이나 테스트 대상 장치(DUT)의 전달 함수를 측정한 후 일반적으로 보드 플롯이라고 하는 진폭 및 위상 대 주파수 플롯을 생성하는 데 사용할 수 있습니다.
주파수 응답 분석기: 전압 단위
이 애플리케이션 노트 시리즈[1]의 첫 번째 부분에서는 1V의 dBVpp 전압 측정에 대해 논의했습니다.pp Moku 출력에서 구동되어 입력으로 다시 루프되는 사인파.
우리는 Moku 장치의 1MΩ 입력을 통해 구동될 때 전력 측정을 캡처하는 데 사용할 수 있다고 판단했습니다.
따라서 1Vpp dBV로 표현pp 제공 :
그런 다음 이 전압 비율을 사용하여 저항 임피던스를 정확하게 측정했습니다.
인덕턴스
2포트 측정
이 예에서는 알려진 인덕터인 Wurth 전자 부품 #7447021을 측정합니다. 이는 표 100에 표시된 대로 10% 공차로 20kHz로 지정된 1μH 인덕터입니다.
표 1 : 데이터 시트의 인덕터 사양 [2]
Moku:Go를 사용한 설정 예가 그림 1에 나와 있습니다. 1포트 측정의 경우 첫 번째 입력과 두 번째 입력을 사용합니다. 이를 통해 Moku:Go 스위프 사인 출력에 유도 부하가 허용됩니다. 저항성 예와 마찬가지로 DUT 전체에서 전력 손실이 발생하도록 Moku 입력 2에 종단 저항을 사용합니다. 출력에 대한 부하를 최소화하기 위해 Moku 입력 1를 내부 XNUMXMΩ 입력 저항으로 둡니다.
그림 1 : Moku:Go 측정 설정
Moku:Go 입력 임피던스를 보여주는 등가 회로는 그림 2에 나와 있습니다.
그림 2 : 2포트 등가 회로
R1 및 R2는 입력 임피던스(각각 50 || 1 MΩ 및 1 MΩ)입니다. DUT는 인덕터입니다.
Moku 주파수 응답 분석기를 사용하면 V의 위상을 결정할 수 있습니다.1 V 대2 주파수뿐만 아니라 크기에도 걸쳐요.
계산
기본 회로 이론에 따르면 인덕터는 유도성 리액턴스를 나타내며 이 리액턴스와 종단 저항기의 1Ω 저항 임피던스와 병렬인 Moku:Go 50MΩ 입력 저항은 페이저 다이어그램으로 표현될 수 있습니다(그림 3).
그림 3 : 임피던스의 페이저 차트
어디에:
1Ω 터미네이터 저항과 병렬로 연결된 50MΩ Moku:Go 입력의 저항은 R = 49.9975Ω입니다. 또한 인덕터의 경우:
따라서,
따라서 주파수 f에서 위상 Ø를 측정하면 인덕턴스 L을 결정할 수 있습니다.
측정 설정 및 결과
그림 4는 Moku:Go 벤치 설정을 보여줍니다. Moku: iPad 또는 데스크탑 앱에서 주파수 응답 분석기 장비를 설정하고 크기 및 위상 대 주파수 플롯을 생성하는 데는 몇 분 밖에 걸리지 않습니다.
그림 4 : Moku:Go 데스크톱 앱을 사용한 벤치 설정
클라우드 버튼을 눌러 Moku: 앱에서 플롯을 공유하고 스크린샷과 고해상도 .CSV 형식의 데이터를 온보드 메모리, Dropbox 또는 이메일로 내보낼 수 있습니다. 이 경우 데이터를 Dropbox 폴더에 공유했습니다. 내보낸 스크린샷은 그림 5에 나와 있습니다.
그림 5: 100μH 인덕터의 Moku 주파수 응답 분석기 스윕
스위프 사인은 Moku 출력 채널 1에서 10kHz ~ 1MHz에서 생성됩니다. 파란색 트레이스는 채널 2(V2), 빨간색 트레이스는 채널 1(V1). Moku 수학 채널은 주황색으로 표시되며 (ch2 ¼ ch1)을 표시하도록 구성됩니다. 10kHz, 100kHz 및 1MHz에서 위상과 크기를 측정하기 위해 여러 커서가 추가되었습니다.
주황색 수학 채널 커서를 사용하면 관심 있는 1kHz 주파수에서 신호 2을 신호 10로 나눈 위상 차이(Ø = 6.6822°)를 빠르게 확인할 수 있습니다.
~ Eq(1), 우리는 X를 계산합니다L = 5.86Ω
~ Eq(2) 인덕터 값 L = 93.2μH를 계산합니다.
이는 100μH ± 20% 사양 내에 있습니다.
인덕터는 10kHz로 지정되어 있지만 그림 5에서 100kHz(Ø = 48.425°)로 측정할 수도 있습니다. 다시 식(2)를 적용하면 L = 89.7μH가 됩니다. 예상한 대로 지정된 주파수 범위를 벗어난 인덕턴스는 지정된 100μH 값에 가깝지 않지만 여전히 지정된 값 범위 내에 속합니다.
Moku: 데스크탑 앱을 사용하여 고해상도 주파수 응답 분석기 크기 및 위상 데이터를 Dropbox를 통해 .CSV 파일에 저장했기 때문에 이를 Excel로 신속하게 가져올 수 있고 식(2)를 사용하여 인덕턴스 플롯을 생성할 수 있습니다( 파란색) 및 위상(주황색) 대 주파수(그림 6 참조).
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 아니기 때문에 발생합니다. 오히려 약간의 저항과 커패시턴스가 있습니다. 등가 회로는 그림 7에 나와 있습니다.
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 때로는 데이터 시트에서 DC 저항으로 인용되며 와이어 코일의 저항입니다. 아르 자형EPR 효과적인 병렬 또는 AC 저항입니다. 씨epc 와이어 코일의 근접성으로 인한 병렬 커패시턴스입니다.
따라서 공진 주파수는 다음과 같이 결정됩니다.
다시 인덕터 데이터시트[2]를 참조하면 인덕터는 그림 5에 재현된 약 8MHz에서 공진 피크를 나타내는 일반적인 임피던스 특성을 가지고 있음을 알 수 있습니다.
그림 8 : Wurth 인덕터 일반 임피던스 [2]
Moku 장치를 사용하면 Dropbox를 통해 주파수 응답 분석기 데이터를 .CSV로 쉽게 공유할 수 있으므로 Excel을 사용하여 그림 5에 표시된 수학 채널의 크기에서 크기 임피던스와 주파수의 플롯을 쉽게 제공할 수 있습니다. 이 데이터에서 Excel에서는 그림 9와 같이 플롯을 생성합니다.
그림 9 : Moku:Go 측정된 임피던스
측정된 공진은 5MHz보다 약간 높으며 측정 특성은 제조업체의 데이터시트에서 가져온 그림 8의 일반적인 성능과 밀접하게 일치합니다.
요약
소프트웨어로 정의된 Moku 주파수 응답 분석기는 주파수에 따른 구성 요소의 유도 임피던스를 정확하게 측정할 수 있습니다. 주파수 응답 분석기는 다른 소프트웨어 정의 계측기 전체 제품군과 함께 FPGA 기반 Moku:Go, Moku:Lab 및 Moku:Pro 장치에서 사용할 수 있습니다.
결과는 .CSV 파일과 Dropbox를 통해 데스크톱 Moku: 앱과 공유되었습니다. 우리는 Excel을 사용하여 인덕턴스와 위상 대 주파수를 임피던스 대 주파수와 함께 플롯했습니다.
지정된 10kHz에서 계산된 임피던스는 부품 사양과 일치합니다. 또한 표시된 임피던스 대 주파수는 제조업체의 일반 차트(최대 10MHz)와 거의 일치했습니다.
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support@liquidinstruments.com로 문의 부탁드립니다.
참고자료
[1] Moku:Go를 사용한 임피던스 측정 – 1부: 저항: https://www.liquidinstruments.com/blog/2023/06/30/simplifying-impedance-measurements-with-mokugo-part-1-resistance/
[2] Wurth Electronics 100uH 코일 인덕터 데이터 시트: https://www.we-online.de/katalog/datasheet/7447021.pdf
[3] Moku:Go 주파수 응답 분석기 사용자 설명서: https://download.liquidinstruments.com/documentation/datasheet/instrument/mokugo/Datasheet-MokuGo-FrequencyResponseAnalyzer.pdf
