一種電流速度測(cè)試的方法

摘要：介紹了電流速度測(cè)試的電路組成及信號(hào)延時(shí)法測(cè)試電流速度的原理

關(guān)鍵詞：速度,；信號(hào)；延時(shí)

電流速度不是一個(gè)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(gè)固定的數(shù)值.同樣,電流的速度與電壓,導(dǎo)線的材料,導(dǎo)線的形狀,導(dǎo)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?yàn)殂~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(huì)說既然有分布電容,那就不能測(cè)電流的速度.不能這么說,有分布電容時(shí),就叫做有分布電容時(shí)的電流的速度;有電感時(shí),就叫做有電感時(shí)的電流的速度,。有四大理由需要測(cè)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(chǔ)存電荷越多;第三,為什么一般的高頻振蕩電路會(huì)有電壓越高頻率越高,；第四,，為什么純電感電路會(huì)有電壓超前電流九十度，純電容電路會(huì)有電壓滯后電流九十度,，只有 電流速度測(cè)試的結(jié)果才能解答這四個(gè)問題.

 一  電流速度測(cè)試的電路組成

圖一   電流速度測(cè)試的電路組成匡

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

二   延時(shí)法測(cè)試電流速度的原理

該電流速度的測(cè)試實(shí)際上是相位比較法演變而來,在圖二中的A點(diǎn)處,接入不同長(zhǎng)度的導(dǎo)線,可以看到隨著導(dǎo)線的加長(zhǎng),在圖三中的波形2逐步向右移動(dòng).該電流速度的測(cè)試是采用波形2相對(duì)于波形1的起始相位,與波形2移動(dòng)一個(gè)波長(zhǎng)后相對(duì)于波形1的相位相等的辦法.在該電流速度測(cè)試方法中,測(cè)出了T1就相當(dāng)于得到了導(dǎo)線始端,、波形2相對(duì)于波形1的起始相位,測(cè)出了T2就相當(dāng)于得到了導(dǎo)線末端、波形2相對(duì)于波形1的相位,。

圖二 27MHZ振蕩電路圖

圖三    正弦波信號(hào)的波形圖

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

三  實(shí)驗(yàn)部分

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

下面介紹電流速度測(cè)試的三種方法

電流速度測(cè)試方法(一)

具體測(cè)試步驟如下：

第一步把示波器設(shè)置成觀察正弦波信號(hào)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(dòng)測(cè)量菜單；

按下1號(hào)菜單操作鍵以選擇信源 CH1,；

按下3號(hào)菜單操作鍵選擇 時(shí)間測(cè)量,；

在時(shí)間測(cè)量選擇測(cè)量類型： 延遲1à2f ；

    第二步固定測(cè)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(zhǎng)度是按照光速計(jì)算的高頻信號(hào)的波長(zhǎng),它的一端接在圖二中的點(diǎn)A處.

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

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

    第五步調(diào)整可調(diào)延時(shí)導(dǎo)線軟銅芯線的長(zhǎng)度(即移動(dòng)圖二中測(cè)試點(diǎn)B點(diǎn)的位置),，測(cè)得不同的T2,。

    重復(fù)第二，三,，四,，五步，直到T2=T1,；

    第六步測(cè)量T2=T1時(shí)可調(diào)延時(shí)導(dǎo)線軟銅芯線的始端點(diǎn)A處至調(diào)節(jié)端點(diǎn)B處的長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度便是高頻信號(hào)的波長(zhǎng)λ,；

第七步將所測(cè)得的波長(zhǎng)λ,、正弦波信號(hào)頻率f代入公式u=λf中計(jì)算，便得到電流速度u,，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電流速度的測(cè)試,。

   電流速度測(cè)試方法(二)

第一步:取雙芯屏蔽銅芯線6米長(zhǎng),兩條線分別接在點(diǎn)A1;點(diǎn)A2處;

第二步:把示波器設(shè)置成觀察正玄波信號(hào)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(dòng)測(cè)量菜單。

按下1號(hào)菜單操作鍵以選擇信源 CH1 ,。

按下3號(hào)菜單操作鍵選擇 時(shí)間測(cè)量 ,。

在時(shí)間測(cè)量選擇測(cè)量類型： 延遲1à2f .

第三步;示波器X軸接點(diǎn)A1;點(diǎn)A2處,Y軸接點(diǎn)B1,點(diǎn)B2處;(圖三)

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

第五步:測(cè)量雙芯屏蔽銅芯線的長(zhǎng)度L,則有λ=2L.

圖四  電流速度測(cè)試方法(二)示意圖

電流速度測(cè)試方法(三)

取L=50CM長(zhǎng)的一段銅芯線,(L的取值要遠(yuǎn)小于高頻信號(hào)的波長(zhǎng),又要便于觀測(cè)延時(shí)為益),接在圖二中的點(diǎn)A處,按照電流速度測(cè)試方法(一),測(cè)出點(diǎn)A的延時(shí)T1和點(diǎn)B的延時(shí)T2,則有電流經(jīng)過銅芯線AB所用的時(shí)間T=T2-T1,(時(shí)間T實(shí)際上就是單個(gè)脈沖電流經(jīng)過銅芯線AB所用的時(shí)間),電流速度為:

V=L/V

圖五  電流速度測(cè)試實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

   說明,以上測(cè)試數(shù)據(jù)導(dǎo)線帶有電感.

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

    為什么純電感電路會(huì)有電壓超前電流九十度，純電容電路會(huì)有電壓滯后電流九十度,現(xiàn)在可以回答這個(gè)問題了,，因?yàn)殡姼性谕姇r(shí)會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì),，從整個(gè)回路來看，相當(dāng)于電源電壓降低了,，所以電流速度減慢了,；而電容的兩個(gè)極板之間產(chǎn)生的電場(chǎng)力與電源的電場(chǎng)力方向相同，從整個(gè)回路來看，相當(dāng)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