一種電流速度測試的方法

摘要：介紹了電流速度測試的電路組成及信號延時法測試電流速度的原理

關(guān)鍵詞：速度；信號；延時

電流速度不是一個固定的數(shù)值,與光的速度一樣,光在水中的速度,在玻璃中的速度,在空氣中的速度,在真空中的速度就不是一個固定的數(shù)值.同樣,電流的速度與電壓,導線的材料,導線的形狀,導線擺放的位置都有關(guān),也就是說,在相同的電壓相同的形狀下,電流在銅芯線中的速度和在鋁芯線中的速度不同.在相同的電壓下,銅芯的形狀不同,電流的速度就不同,因為銅芯線的形狀不同,分布電容就不同,電感也不同,條件變了,電流速度肯定要隨著變.也許有人會說既然有分布電容,那就不能測電流的速度.不能這么說,有分布電容時,就叫做有分布電容時的電流的速度;有電感時,就叫做有電感時的電流的速度。有四大理由需要測試電流速度:第一,為什么電壓越高,做功的電荷越少;第二,為什么電壓越高,等容量電容儲存電荷越多;第三,為什么一般的高頻振蕩電路會有電壓越高頻率越高；第四，為什么純電感電路會有電壓超前電流九十度，純電容電路會有電壓滯后電流九十度，只有 電流速度測試的結(jié)果才能解答這四個問題.

 一  電流速度測試的電路組成

圖一   電流速度測試的電路組成匡

    高頻信號源產(chǎn)生的高頻信號經(jīng)過高頻信號電壓調(diào)節(jié)電路分成兩路信號，一路直接送到示波器的X軸既ch1，另一路經(jīng)過導線延時后送到示波器的Y軸既ch2.示波器設(shè)置成測試正弦波信號通過電路產(chǎn)生的延遲和畸變狀態(tài)。

二   延時法測試電流速度的原理

該電流速度的測試實際上是相位比較法演變而來,在圖二中的A點處,接入不同長度的導線,可以看到隨著導線的加長,在圖三中的波形2逐步向右移動.該電流速度的測試是采用波形2相對于波形1的起始相位,與波形2移動一個波長后相對于波形1的相位相等的辦法.在該電流速度測試方法中,測出了T1就相當于得到了導線始端、波形2相對于波形1的起始相位,測出了T2就相當于得到了導線末端、波形2相對于波形1的相位。

圖二 27MHZ振蕩電路圖

圖三    正弦波信號的波形圖

設(shè)正弦波信號的速度為u,波長為λ，頻率為f，波形2相對于波形1的初始相位為φ。首先用示波器測出延時導線輸入端的延時，記為T1;然后用示波器測試延時導線末端延時，記為T2,調(diào)節(jié)延時導線的長度，在波形2相對于波形1的相位變?yōu)?/span>2π+φ和T1=T2的前提下，此時延時導線的長度就等于正弦波信號的波長λ，由公式u=λf便得到電流速度u.

三  實驗部分

該電路是一個27MHZ振蕩電路，晶振的頻率為27.125MHZ，高頻變壓器的初級0.2的漆包線12匝，次級3匝，磁芯用電視機中周磁芯。作為延時用的導線不用頻蔽線，用單股軟銅芯導線。示波器的型號為DS1102E。

下面介紹電流速度測試的三種方法

電流速度測試方法(一)

具體測試步驟如下：

第一步把示波器設(shè)置成觀察正弦波信號通過電路產(chǎn)生的延遲和畸變狀態(tài) (見示波器使用說明書)；

操作步驟如下：

按下 Measure 按鈕以顯示自動測量菜單；

按下1號菜單操作鍵以選擇信源 CH1；

按下3號菜單操作鍵選擇 時間測量；

在時間測量選擇測量類型： 延遲1à2f ；

    第二步固定測試電流速度所用軟銅芯線的形狀(大方形或者大圓形),軟銅芯線的初始長度是按照光速計算的高頻信號的波長,它的一端接在圖二中的點A處.

    第三步測試圖二中點A處的延時（軟銅芯線的始端）,此時在示波器上顯示兩個波形,波形一和波形二見圖三所示，得到延時T1；

    第四步測試圖二中點B處的延時（軟銅芯線的末端），此時波形二從B1點移至B2點，見圖三(信號頻率為27.125MHz)所示，得到延時T2；

    第五步調(diào)整可調(diào)延時導線軟銅芯線的長度(即移動圖二中測試點B點的位置)，測得不同的T2。

    重復第二，三，四，五步，直到T2=T1；

    第六步測量T2=T1時可調(diào)延時導線軟銅芯線的始端點A處至調(diào)節(jié)端點B處的長度，該長度便是高頻信號的波長λ；

第七步將所測得的波長λ、正弦波信號頻率f代入公式u=λf中計算，便得到電流速度u，從而實現(xiàn)對電流速度的測試。

   電流速度測試方法(二)

第一步:取雙芯屏蔽銅芯線6米長,兩條線分別接在點A1;點A2處;

第二步:把示波器設(shè)置成觀察正玄波信號通過電路產(chǎn)生的延遲和畸變狀態(tài);

操作步驟如下：

按下 Measure 按鈕以顯示自動測量菜單。

按下1號菜單操作鍵以選擇信源 CH1 。

按下3號菜單操作鍵選擇 時間測量 。

在時間測量選擇測量類型： 延遲1à2f .

第三步;示波器X軸接點A1;點A2處,Y軸接點B1,點B2處;(圖三)

第四步:調(diào)節(jié)雙芯屏蔽銅芯線的長度,直到波形1,波形2重合;

第五步:測量雙芯屏蔽銅芯線的長度L,則有λ=2L.

圖四  電流速度測試方法(二)示意圖

電流速度測試方法(三)

取L=50CM長的一段銅芯線,(L的取值要遠小于高頻信號的波長,又要便于觀測延時為益),接在圖二中的點A處,按照電流速度測試方法(一),測出點A的延時T1和點B的延時T2,則有電流經(jīng)過銅芯線AB所用的時間T=T2-T1,(時間T實際上就是單個脈沖電流經(jīng)過銅芯線AB所用的時間),電流速度為:

V=L/V

圖五  電流速度測試實測數(shù)據(jù)

   說明,以上測試數(shù)據(jù)導線帶有電感.

   當然也可以應(yīng)用示波器的外部觸發(fā)來測試電流速度,在R5處再并聯(lián)兩個1Ω的電阻,把變壓器次級高頻信號分成三路,一路接CH1,一路經(jīng)過導線延遲接CH2,剩下一路接外部觸發(fā)ext,利用兩個波形重合的辦法得到高頻信號的波長,從而計算出電流的速度.

    為什么純電感電路會有電壓超前電流九十度，純電容電路會有電壓滯后電流九十度,現(xiàn)在可以回答這個問題了，因為電感在通電時會產(chǎn)生反電動勢，從整個回路來看，相當于電源電壓降低了，所以電流速度減慢了；而電容的兩個極板之間產(chǎn)生的電場力與電源的電場力方向相同，從整個回路來看，相當于電源電壓升高了，所以電流速度加快了。

    此篇論文已在《電源技術(shù)應(yīng)用》2013年第3期發(fā)表