雕蟲小技──SFG-1000 @ 老音響資料庫/蘇桑部落格

　　一部示波器、一個電表、一部信號產生器......,都是電路實務工作者必備的工具,平常使用說明書只能提供我們一些典型的使用例,尚有一些無窮無盡的花招等著使用者去創造。如單用一部示波器測量zener電壓,用簡單的儀器組合量電晶體的耐壓,量電感器等等......。但在這些方法裡面,我們少不了要一個「信號源」,SFG-1000正是這樣的一部信號源。

　　在本文裡,筆者將最近使用SFG-1000來量測某些數據的方法提出來以供參考,在這些方法裡我們可以看出有這些簡單的設備及一些電路知識真管用。當然我們不見得非要使用SFG-1000,但是有了SFG-1000真是省了不少事。

一、測量L、Q值

　　電感量通常很少標示在零件上,或是我們自己繞得一個可用的電感,但不知其數值為何,可用LC諧振的方法求出L值。依據f=1/2π√LC,如果知道f、C以後,L值可算出。見圖(一),SFG-1000的週期任意,調整到示波器看到一個完整的阻尼諧振波形(D-amped Resonance Response),則此波型的式子即為v(t)=V_oe^-t/t cos ѡ_ot, ѡ_o=2πfo,f_o=1/T_o=1/2π√LC。雖然不完全等於1/2π√LC,但已足夠我們信任了。從示波器上讀出T_o的值以後,即可依L=T_o²/(2π)²C求出L值。為了演算上的方便C值,最好找尾數為零的值如.1uF、.01uF或 .001uF等,比較好算。

　　LC並聯諧振的Q值,也可由此順利求出,把諧振波形的第一個峯電壓當作V_o,時間為T_o,找出0.37V_o處的時間為t_r,則Q=(t_r/T_o)xπ。如圖中的例子,我們得知其Q值約為5.65。

　　有些人覺得念書沒甚麼實務上的用處,各位看看上面的例子,唸書真的沒甚麼用嗎?念了殊不知或不能活用才真的可惜呢!

二、測變壓器的圈數比

　　在某些場合,如Switching Power Supply中的變壓器,其圈數比及交連係數均是很重要的值,當定製的變壓器到手時,我們如何能知道圈數沒繞錯,繞法是否正確?以下是很管用的方法。

　　見圖(二)所示我們已知的變壓器比數,我們假設信任N1的圈數是對的,即8圈,則將SFG-1000的正弦波加到N1上,用數字三用表量N1,調整SFG-1000的輸出使三用錶的讀數為80,然後用由一個數字錶量N2、N3、N4,如果讀數依序為400、240、100則此變壓器為對的,如果有一組錯了,則很可能就是該組繞錯了;如果有二組以上錯了,則N1的假設不一定正確,這時就得依你自己的IQ去判斷了。

　　如果我們是在分析從別人產品拆下來的變壓器,又捨不得或不願意,分解它來算圈數,則可在其上加繞一組已知的圈數,如10圈,則如上法同理可得知其各組圈數為三用表讀數的10倍。當然由於交連係數及一些不容易說明的原因,差個一、二圈是可能的。

三、量變壓器的交連情形

　　在Switching Power Supply中尤其是Flay-Back Mode如Apple-II原裝的Power(由香港ASTEK設計)那種電路,如果變壓器繞製時,交連情形不均勻,則一批產品生產出來後,+12V、-12V、-5V等輔助電源將有很不平均的誤差,國產仿製品常有這些缺點,這是很可惜的事情。

　　圖(三a)依變壓器的道理,若在次級加上一個電阻R,應該可以從初級看到NR的值,但實際上則看到比NR還大的值,其差額的比值是近似交連係數的;圖(三b)為SFG-1000家在NR上用三用電表量到的電壓為v1,圖(三c)從變壓器初級量到的電壓為v2,則K=(v1/v2)〈1。

　　天網電子公司的SNP-A2 Switching Power Supply所用的變壓器,即用上法做品管,因此出品的Power,每台的各組電壓誤差均非常小。

四、測知磁蕊的NI(sat)值

　　不管是變壓器或電流電感,均很怕磁飽和,常只有Bm值,即最大磁通密度的值,而沒有比較實用的NI值,因此測量之是有必要的,如果NI(sat)為抽樣得的平均值,則實用上只用它6~7成將是很合理可靠的經驗。

　　圖(四a)為量測時的接法,示波器讀到的V除以R即為流過L的電流。當SFG-1000使晶體turn-on時,流過L上的電流以I=(V/L)t的情形往上爬。操作開始時,使SFG-1000的duty很小,然後漸漸加長使在示波器上見到如圖(C),I 突然將增大時,即停止調整SFG-1000。此時記下 Is ,將之乘以此時的N值即為NI(sat);這個值就是該磁蕊的NI(sat)值。

　　這個實驗看起來簡單,沒有兩下子的人還真做不出來呢!電晶體耐壓最好高一點的,集極上應加上一枚zener以防晶體被電感的反電勢所打穿。

五、測電晶體的V_CER

　　我們知道電晶體的耐壓通常以V_CEO來表示,在Switching晶體中,V_CER,V_CEV才是更重要的值呢!

　　V_CEO定義為Base Open時C-E間的耐壓,V_CER則指B-E間加有某一電阻時的耐壓,V_CEV則指B-E間加逆向偏壓的耐壓。向MJ13007這枚電晶體其V_CEO為400伏,但其_CEV則可達700伏,也就是說電路設計得當時,MJ13007可耐700伏的電壓,而不只400伏。

　　圖五(A)是其接法,詳見TI的POWER TRANSISTOR DATA BOOK。注意不得使電感上儲存到的能量½I²L大於電晶體的二次崩潰能量E_S/B,否則電晶體將被第一次打穿延禍至第二次打穿而燒毀。調整SFG-1000的duty即可改變½I²L的值,因而可適用各類晶體。

　　圖(B)為實測可得之波形,在晶體C極上遇到高於V_CER的電壓時,現象有如Zener遇到Zener電壓一樣。

　　圖(C)為晶體二次崩潰的情形,只要電晶體不要到達第二次崩潰,電晶體是不會燒毀的。

　　Switching Power Supply最弱的一環是暫態回復時間不容易做得很短,一般都在mS的範圍,但uC是工作在uS的範圍,所以稍一不當,CPU就Down掉了。

　　暫態回復時間英文叫Transient Recovery Time,或只叫Recovery Time,或叫Response Time;主要是用來說明當負載做某一比較劇烈變化時,如從25%變到80%或50%變到100%時,電壓來得及否調整的能力。負載百分比變化量各廠開的規格不會一樣的,大部分是選比較好的一面。比較重要的應該是使用者自己要有能力來測試,以明是否可以選用。