一种电流速度测试的方法

一种电流速度测试的方法

摘要：介绍了电流速度测试的电路组成及信号延时法测试电流速度的原理

关键词：速度；信号；延时

电流速度不是一个固定的数值,与光的速度一样,光在水中的速度,在玻璃中的速度,在空气中的速度,在真空中的速度就不是一个固定的数值.同样,电流的速度与电压,导线的材料,导线的形状,导线摆放的位置都有关,也就是说,在相同的电压相同的形状下,电流在铜芯线中的速度和在铝芯线中的速度不同.在相同的电压下,铜芯的形状不同,电流的速度就不同,因为铜芯线的形状不同,分布电容就不同,电感也不同,条件变了,电流速度肯定要随着变.也许有人会说既然有分布电容,那就不能测电流的速度.不能这么说,有分布电容时,就叫做有分布电容时的电流的速度;有电感时,就叫做有电感时的电流的速度。有四大理由需要测试电流速度:第一,为什么电压越高,做功的电荷越少;第二,为什么电压越高,等容量电容储存电荷越多;第三,为什么一般的高频振荡电路会有电压越高频率越高；第四，为什么纯电感电路会有电压超前电流九十度，纯电容电路会有电压滞后电流九十度，只有 电流速度测试的结果才能解答这四个问题.

 一  电流速度测试的电路组成

图一   电流速度测试的电路组成匡

    高频信号源产生的高频信号经过高频信号电压调节电路分成两路信号，一路直接送到示波器的X轴既ch1，另一路经过导线延时后送到示波器的Y轴既ch2.示波器设置成测试正弦波信号通过电路产生的延迟和畸变状态。

二   延时法测试电流速度的原理

该电流速度的测试实际上是相位比较法演变而来,在图二中的A点处,接入不同长度的导线,可以看到随着导线的加长,在图三中的波形2逐步向右移动.该电流速度的测试是采用波形2相对于波形1的起始相位,与波形2移动一个波长后相对于波形1的相位相等的办法.在该电流速度测试方法中,测出了T1就相当于得到了导线始端、波形2相对于波形1的起始相位,测出了T2就相当于得到了导线末端、波形2相对于波形1的相位。

图二 27MHZ振荡电路图

图三    正弦波信号的波形图

设正弦波信号的速度为u,波长为λ，频率为f，波形2相对于波形1的初始相位为φ。首先用示波器测出延时导线输入端的延时，记为T1;然后用示波器测试延时导线末端延时，记为T2,调节延时导线的长度，在波形2相对于波形1的相位变为2π+φ和T1=T2的前提下，此时延时导线的长度就等于正弦波信号的波长λ，由公式u=λf便得到电流速度u.

三  实验部分

该电路是一个27MHZ振荡电路，晶振的频率为27.125MHZ，高频变压器的初级0.2的漆包线12匝，次级3匝，磁芯用电视机中周磁芯。作为延时用的导线不用频蔽线，用单股软铜芯导线。示波器的型号为DS1102E。

下面介绍电流速度测试的三种方法

电流速度测试方法(一)

具体测试步骤如下：

第一步把示波器设置成观察正弦波信号通过电路产生的延迟和畸变状态 (见示波器使用说明书)；

操作步骤如下：

按下 Measure 按钮以显示自动测量菜单；

按下1号菜单操作键以选择信源 CH1；

按下3号菜单操作键选择 时间测量；

在时间测量选择测量类型： 延迟1à2f ；

    第二步固定测试电流速度所用软铜芯线的形状(大方形或者大圆形),软铜芯线的初始长度是按照光速计算的高频信号的波长,它的一端接在图二中的点A处.

    第三步测试图二中点A处的延时（软铜芯线的始端）,此时在示波器上显示两个波形,波形一和波形二见图三所示，得到延时T1；

    第四步测试图二中点B处的延时（软铜芯线的末端），此时波形二从B1点移至B2点，见图三(信号频率为27.125MHz)所示，得到延时T2；

    第五步调整可调延时导线软铜芯线的长度(即移动图二中测试点B点的位置)，测得不同的T2。

    重复第二，三，四，五步，直到T2=T1；

    第六步测量T2=T1时可调延时导线软铜芯线的始端点A处至调节端点B处的长度，该长度便是高频信号的波长λ；

第七步将所测得的波长λ、正弦波信号频率f代入公式u=λf中计算，便得到电流速度u，从而实现对电流速度的测试。

   电流速度测试方法(二)

第一步:取双芯屏蔽铜芯线6米长,两条线分别接在点A1;点A2处;

第二步:把示波器设置成观察正玄波信号通过电路产生的延迟和畸变状态;

操作步骤如下：

按下 Measure 按钮以显示自动测量菜单。

按下1号菜单操作键以选择信源 CH1 。

按下3号菜单操作键选择 时间测量 。

在时间测量选择测量类型： 延迟1à2f .

第三步;示波器X轴接点A1;点A2处,Y轴接点B1,点B2处;(图三)

第四步:调节双芯屏蔽铜芯线的长度,直到波形1,波形2重合;

第五步:测量双芯屏蔽铜芯线的长度L,则有λ=2L.

图四  电流速度测试方法(二)示意图

电流速度测试方法(三)

取L=50CM长的一段铜芯线,(L的取值要远小于高频信号的波长,又要便于观测延时为益),接在图二中的点A处,按照电流速度测试方法(一),测出点A的延时T1和点B的延时T2,则有电流经过铜芯线AB所用的时间T=T2-T1,(时间T实际上就是单个脉冲电流经过铜芯线AB所用的时间),电流速度为:

V=L/V

图五  电流速度测试实测数据

   说明,以上测试数据导线带有电感.

   当然也可以应用示波器的外部触发来测试电流速度,在R5处再并联两个1Ω的电阻,把变压器次级高频信号分成三路,一路接CH1,一路经过导线延迟接CH2,剩下一路接外部触发ext,利用两个波形重合的办法得到高频信号的波长,从而计算出电流的速度.

    为什么纯电感电路会有电压超前电流九十度，纯电容电路会有电压滞后电流九十度,现在可以回答这个问题了，因为电感在通电时会产生反电动势，从整个回路来看，相当于电源电压降低了，所以电流速度减慢了；而电容的两个极板之间产生的电场力与电源的电场力方向相同，从整个回路来看，相当于电源电压升高了，所以电流速度加快了。