磁性组分的表征

1. 相对渗透率测定

按照以下步骤测定小型电感器（黄色/白色铁氧体磁芯）的相对磁导率。磁芯的尺寸如图2所示，线圈匝数为N=75。

1. 使用LCR表在120 Hz和1000 Hz两个频率下测量电感器的电感值。
2. 在面包板上搭建图1所示电路，但暂不将函数发生器输出连接至面包板。
3. 检查差分电压探头和电流探头是否存在偏移，其中电流探头连接至通道1，电压探头连接至通道2。
4. 记录差分探头本身及其在示波器上的比例系数。将差分探头设置为1/20，以获得更高的分辨率。
5. 将电流探头本身设置为100 mV/A，示波器通道设置为1X。请注意，这些比例系数在进行计算时必须使用。
6. 将函数发生器输出（50 Ω BNC输出接口）设置为峰值10 V、频率1000 Hz的正弦波形。使用差分电压探头观察波形。
7. 即使断开连接，也保持函数发生器处于开启状态，避免短接其输出端子。关闭函数发生器将重置多个设置。
8. 连接电流探头和电压探头，用于测量v_C和i。
9. 检查电路是否符合预期，且所有连接均保持良好。
10. 将函数发生器连接至电路。
11. 截取测量得到的电流和电压波形图，图中至少显示三个完整周期，并包含所测信号的峰值或有效值（RMS）。
12. 在示波器的“Display”菜单中，将显示格式从“YT”更改为“XY”。
13. 通过调节通道1和通道2的垂直调节旋钮，观察B-H曲线，使其完整显示在示波器屏幕上。
14. 为获得更稳定的曲线，可在显示菜单中启用“persist”功能，设置为1或2秒。
15. 截取测量得到的B-H曲线图像。
16. 调节函数发生器频率至120 Hz，并根据需要调整曲线显示参数后，重新截取B-H曲线图像。
17. 断开函数发生器连接，并移除电感器。其余电路部分保持不变。

图 2：较小电感器磁芯的尺寸示意图。请点击此处查看此图的放大版本。

2. 确定圈数

较大的黑色电感器（Bourns 1140-472K-RC）匝数未知。为简化计算，假设其磁芯为全空气磁芯的螺线管，半径为 1.5 cm，长度为 2.5 cm。如果不采用此假设，则必须考虑磁芯的几何结构，从而使计算复杂化。然而，该假设仍然合理，因为在螺线管中，磁通必须穿过器件两侧的空气，而空气是磁通路径中的主要介质。

1. 使用LCR电桥，在120 Hz和1000 Hz两个频率下测量所提供电感器的电感值。
2. 将电感器接入图1所示电路中，该电路应仍保持上一实验部分的连接状态。
3. 检查差分电压探头和电流探头是否存在偏移，其中电流探头连接至通道1，电压探头连接至通道2。
4. 记录差分探头本身及其在示波器上的缩放系数。将差分探头设置为1/20，以获得更高的分辨率。
5. 将电流探头本身设置为100 mV/A，示波器通道设置为1X。请记住，在后续分析中使用任何测量值或数据采集结果进行计算时，必须应用这些缩放系数。
6. 将函数发生器输出（50 Ω BNC输出接口）设置为10 V峰值、1000 Hz正弦波形。使用差分电压探头观察波形。
7. 即使断开连接，也请保持函数发生器开启状态，但避免将其端子短路。关闭函数发生器将重置多项设置。
8. 连接电流探头和电压探头，用于测量v_C和i。
9. 检查电路，确保所有连接符合预期。
10. 将函数发生器连接至电路。
11. 截取所测得电流和电压波形的屏幕图像，图像中应至少显示三个完整周期，并包含所测信号的峰值或有效值（RMS）。
12. 在示波器的“display”菜单中，将显示格式从“YT”更改为“XY”。
13. 通过调节通道1和通道2的垂直调节旋钮，观察B-H曲线，直至曲线适配示波器屏幕显示范围。
14. 为获得更稳定的曲线显示，可在显示菜单中启用“persist”功能，设置时间为1或2秒。
15. 截取所测B-H曲线的屏幕图像。
16. 调节函数发生器频率至120 Hz，并根据需要调整曲线显示设置后，重新截取B-H曲线的屏幕图像。
17. 关闭函数发生器，并拆解电路。

3. 60 Hz 变压器的 B-H 曲线

本实验中使用的变压器将115 V RMS降至24 V RMS，但仅可用于本实验的B-H曲线表征，因此仅使用120 V RMS端子。变压器的尺寸如图3所示。

1. 使用LCR电桥，在120 Hz（接近额定的60 Hz）下测量115 V侧绕组的电感。
2. 确保三相断路开关处于断开位置。
3. 将三相电缆连接至可变交流变压器（VARIAC）。
4. 搭建图4所示电路。将变压器放置在原型板侧面。使用香蕉电缆将可变交流变压器的AC1和N端连接至原型板。
5. 确保可变交流变压器设置在0%位置。
6. 检查差分电压探头和电流探头是否存在偏移，其中电流探头连接至通道1，电压探头连接至通道2。
7. 记录差分探头本身及其在示波器上的缩放系数。将差分探头的缩放比设置为1/200。
8. 将电流探头本身设置为100 mV/A，示波器通道设置为1X。请记住，计算时需使用这些缩放系数。
9. 连接电流探头和电压探头以测量v_C和i。
10. 检查电路连接。
11. 闭合三相断路开关，并缓慢调节可变交流变压器，直至达到90%输出。
12. 截取所测电流和电压波形图，至少显示三个周期，并包含所测信号的峰值或有效值（RMS）。
13. 在示波器的“Display”菜单中，将显示格式从“YT”更改为“XY”。
14. 通过调节通道1和通道2的垂直调节旋钮，观察B-H曲线，使曲线完整显示在示波器屏幕上。
15. 为获得更稳定的曲线，可在显示菜单中启用“persist”功能，设置为1或2秒。
16. 截取所测B-H曲线的图像。
17. 将可变交流变压器恢复至0%，断开断路开关，并拆解电路。

图3：变压器铁芯的尺寸。 请点击此处查看此图的放大版本。

图 4：用于测定 60 Hz 变压器 B-H 曲线的测试电路。 请点击此处查看此图的放大版本。