周波数応答アナライザ
Moku 周波数応答アナライザー (FRA) は、Moku 出力で掃引正弦波を駆動し、同時に Moku 入力で受信信号の振幅 (または電力) と位相を測定します。これを使用して、テスト対象のシステムまたはデバイスの伝達関数を測定し、その後、一般にボード線図と呼ばれる振幅および位相対周波数のプロットを作成できます。
パワーユニット
最初の部分 このアプリケーションノートシリーズ[1]では、1VのdBm電力測定について説明しました。pp 正弦波は Moku 出力から出力され、入力にループバックされます。
この1Vはpp、Moku の 50 Ω 入力で駆動すると、電力測定が行われます。
次に、この電力比を使用して抵抗インピーダンスを正確に測定しました。
インダクタンス
2ポート測定
この例では、既知のインダクタを測定します。 Wurth 電子部品 #7447021。これは 100 µH のインダクタで、表 10 に示すように、20 kHz で ± 1% の許容差で仕様が規定されています。
表1： データシートからのインダクタ仕様[2]
Moku:Lab を使用したセットアップ例を図 1 に示します。XNUMX ポート測定の場合、XNUMX 番目と XNUMX 番目の入力を使用します。これ
Moku:Lab 掃引正弦波出力の誘導負荷を可能にします。
図1： Moku:Lab 測定セットアップ
Moku:Lab の入力インピーダンスを示す等価回路を図 2 に示します。
図2： 2ポート等価回路
R1 と R2 は入力インピーダンス (50 Ω) です。被測定デバイス (DUT) はインダクタです。
Moku FRA を使用すると、V の位相を決定できます。1 vs V2 大きさだけでなく、周波数全体でも。
計算
基本的な回路理論によれば、インダクタは誘導性リアクタンスを示し、このリアクタンスと Moku の 50 Ω 抵抗入力インピーダンスはフェーザ図として表現できることがわかります (図 3)。
図3： インピーダンスのフェーザー チャート
したがって、インダクタンスを決定できます L 周波数 f で位相 ∅ を測定するとします。
測定のセットアップと結果
図 4 は、Moku:Lab ベンチのセットアップを示しています。 Moku:Lab iPad アプリで FRA 機器をセットアップし、振幅と位相対周波数のプロットを作成するのにほんの一瞬しかかかりません。クラウド ボタンをタップすると、アプリ上のプロットが共有されます。スクリーンショットと高解像度の .CSV 形式のデータは、MyFiles、SD カード、または電子メールにエクスポートされます。この場合、図 5 に示すように、データを Dropbox フォルダーに共有しました。
図4： Moku:実験台のセットアップ
図5： 100 μH インダクタの FRA スイープ
掃引正弦波は、Moku出力チャンネル1で10kHzから1MHzまで生成されます。青いトレースはチャンネル2（V2)、赤いトレースはチャンネル 1 (V1Mokuの演算チャンネルはオレンジ色で、(ch2 ÷ ch1)を表示するように設定されています。10kHz、100kHz、1MHzの位相と振幅を測定するためのカーソルがいくつか追加されています。
オレンジ色の演算チャネル カーソルを使用すると、対象の 10 kHz 周波数での位相差が ∅ = 6.775°であることがすぐにわかります。
(1)から計算します XL=5.94Ω。
(2)からインダクタ値を計算します。 L = 94.5μH。
これは 100 µH ± 20% の仕様内に十分収まります。
インダクタは 10 kHz で指定されていますが、図 5 から 100 kHz での測定値を取得することもできます。ここで、∅= 47.619°です。再度、式 (2) を適用すると、L = 87.2 µH となります。これは指定された値を下回りますが、実際のコイル インダクタの通常の動作です。
Moku iPad アプリを使用して高解像度 FRA 振幅と位相データを Dropbox 経由で .CSV ファイルに保存したため、これを Excel に迅速にインポートし、式 (2) を使用してインダクタンス (青) と位相（緑色）と周波数の関係（図 6 を参照）。
フィギュア 6: インダクタンスと位相対周波数
これは、100 kHz を超えるとインダクタンスが着実に低下し、約 5 MHz でインダクタンスが実質的にゼロになることを明確に示しています。
これは、実際の実用的なコイル インダクタが完全なインダクタではなく、ある程度の抵抗と静電容量を持っているために発生します。実際の等価回路は図 7 のようになります。
図7： インダクタの等価回路
完全なインダクタのインピーダンスは、周波数とともに直線的に増加します。しかし、現実のインダクタには並列に実効寄生容量があります (CEPC) 抵抗素子 R と一緒にESR とRepr。 RESR データシートでは DC 抵抗として引用されることもあり、ワイヤ コイルの抵抗です。 Repr は実効並列抵抗または AC 抵抗、および CEPC はワイヤコイルの近接による並列静電容量です。
したがって、共振周波数は次のように決定されます。
再びインダクタのデータシート[2]を参照すると、インダクタは図5に示すように約5MHzで共振ピークを示す典型的なインピーダンス特性を持っていることがわかります。
![図 8: Wurth インダクタの標準インピーダンス: ref [2]](https://liquidinstruments.com/wp-content/uploads/2020/03/12-FIG1.jpg)
図8： Wurth インダクタの標準インピーダンス [2]
Moku デバイスでは、Dropbox 経由で FRA データを .CSV に簡単に共有できるため、図 9 に示すように、Excel を使用して振幅インピーダンスと周波数のプロットを簡単に提供できます。
図9： Moku:実験室で測定されたインピーダンス
測定された共振は 5 MHz をわずかに上回っており、測定特性は製造元のデータシートから抜粋した図 8 の標準的な性能とほぼ一致しています。
製品概要
Moku 周波数応答アナライザーは、周波数にわたるコンポーネントの誘導インピーダンスを正確に測定できます。周波数応答アナライザーは、Moku:Go、Moku:Lab、および Moku:Pro で利用できます。
結果は、.CSV ファイルと Dropbox を介して iPad またはデスクトップ Moku アプリで共有されました。 Excel を使用して、インダクタンスと位相の両方と周波数の関係、およびインピーダンスと周波数の関係をプロットしました。
指定された10kHzにおける計算されたインピーダンスは、部品の仕様と一致しています。さらに、インピーダンス対周波数のプロットは、20MHzまでメーカーの標準チャートとほぼ一致しています。
参考情報
[1] Moku 周波数応答アナライザーを使用したインピーダンス測定ガイド (パート 1)
[2] Wurth Electronics 100uH コイル インダクタ データシート、 https://www.we-online.de/katalog/datasheet/7447021.pdf
[3] Moku:Lab FRA ユーザーマニュアル