上一期我们探究了AD5933的反馈电阻Rfb和增益系数之间的关系,在上一期的基础上,我们可以通过调节Rfb精确的测量电阻值R。
经过测试,所有电阻均能够精准的进行测量,本期我们探究一下AD5933的相位测量原理和实际测量过程使用。
1、阻抗测量原理
AD5933的DFT会计算采样点的矢量和它激励源的信号乘积,采样后的响应信号与内部激励信号同频率的正弦和余弦波形分别做乘积运算并求和,只计算激励频率点,没有全频 FFT,所以它只能测一个频点。
AD5933通过这种方式得到信号的实部的虚部,实部反映“电阻性”(耗能分量),虚部反映“电抗性”(储能分量),两者共同描述一个交流阻抗的大小和相位特性,在AD5933中,实部代表响应信号与参考正弦波的乘积积分结果;虚部代表响应信号与参考余弦波的乘积积分结果。
但是AD5933的DFT仅仅代表幅度的实部虚部,并不能代表阻抗的电阻性和电抗性,而且更值得注意的是,AD5933内部有一个低通滤波器:
低通滤波器会引入相位变化(还有我们的PCB制作、布局等都会引入相位变化)因此即便我们测量纯阻性器件,它的虚部也不为0,会存在相位变化。
手册中提供了如图所示相位:
但是博主在实际测试过程中发现,如果是扫频模式(频率递增测量模式),相位确实是这样子变化的。
但是如果重复测量模式(相位几乎是恒定的)
220K电阻频率递增模式下的相位变化
220K电阻频率重复模式下的相位变化
通过这个图我们可以得知,如果使用频率重复模式,相位是几乎不变化的,但是依旧存在这个一个这样子的初值。
这个初值会随着电阻上升而下降,不过根据手册里的说法,AD5933的系统阻抗好像是固定的,这点非常奇怪。
如图我在固定的频率下,改变电阻R得到的相位变化图,其实非常能理解。
它们之间的关系本来就不是简单叠加关系,系统相位带来的影响也不是一个固定的值,所以我非常好奇的就是,为什么手册里面将系统相位当作了一个固定值来用。
例如我在开路状态下,这个系统相位就非常小,由于开路电阻过大,所以阻抗线几乎落在实轴之上。具体如何准确的计算系统相位,这点还有待探究,不过可以知道的是,电阻大小、反馈电阻Rfb都对阻抗有明显的影响。
除此之外,接入电容之后,整个相位变化滞后,接入电感,整体相位向前。
因此对于相位来说可以用来判断系统是容性还是感性,但是要具体的计算相位,那还是有点难度的。
3、电感测量
对于电感来说,频率越高感抗越大,因此测量电感可以调高频率,但是即便对于1mH电感在100KHZ的频率下其电抗也仅有600Ω,因此要换用100Ω的Rfb来进行测量。
其幅度和电感曲线如下所示:
线性度是非常可观的,听取了评论区的意见,博主后期打算升级一下这块板子。
4、下期预告
下期更新一下电容测量的部分,有什么想要测试的欢迎留言