总第219期
舰船电子工程
Vol 32 No 9
2012年第9期
Ship Electronic Engineering
158
感应线圈电路分析
杨立志周德华陈志毅
(海军工程大学兵器工程系武汉430033)
摘要通过把感应线圈等效成由直流电阻、电感、分布电容组成的电路,来分析它对零输入和正弦信号响应。同时分析了四配电阻对
感应线圈棒性能的影响,并通过试验分析验证了在感应线圈棒谐振点处接收信号的可行性。
关键词感应线陽;等效电路;匹配电阻
中图分类号TN402
Analysis to the Circuit of Search Coil
YANG Lizhi ZHOU Suihua CHEN Zhi
Dept of Weaponry Eng. Naval Univ, of Engineering, Wuhan 430033
Abstract The induction coil is eguivalent to the D resistance, inductance, distributed capacitance circuit to analyze its zero input and
a sinusoidal signal response. Matching resistance on the performance of the induction coil rod, and test analysis to verify the feasibility of the
resonance point of the received signal in the induction coil rod.
Key Words induction coil, equivalent circuit, matching resistance
Class Numnber TN402
1引言
人上式,可得:
使用导线绕制的感应线圈,不仅有直流电阻,它还是
个电感元件,另外,导线的匝与匝之间、层与层之间有分布
不妨设み=Ae“,其相应的特征方程为
电容的存在。感应线圈是一个由电阻、电感、分布电容构
LCSCS+1=-0
成的串联谐振电路,其等效电路2如图1所示。从图中可
通过解特征方程得
以看出;实际检测到的信号并不是感应电动势,它实际上是
感应电动势经过一个传递函数后的电压
S=ー立(立)-
感应线圈工作状态分析
LC
2.1零输入向应
由上式可见,特征方程的根与元器件的初始储能没有
当通过感应线器的磁通发生变化时,感应线圈才能产
关系,只和电路的参数和结构有关系。根据给定的初始条
生感应电动势,在无磁空间或者静磁场,感应线圈是没有件,可得电容两端电压为
感应电动势的,而此时感应线圈的等效电路4如图2所示。
40(S,e1-ses)
由于电路中r、L、C的参数不同,特征根有三种情况:两
やe
个不等的实根、一对相等的实根、一对共轭复根。
1)当ァ≥2/C时
图1感应线圈的效电路图2感应线等效电路
特征方程的特征根有两个不相等的实根,电容上的电
这是一个二阶电路,假设电路有初始状态,电容两端电
压为
压为如。当开关闭合后,此电路的放电过程其实就是二阶
电路的零输人响应。在如上图所示,指定的电压、电流参考
方向,根据基尔霍夫定律5可得
则电流为
+4-+4=0
电感电压为:
a(syes11-sa
其中:=7
=L必=S∥?把它们代
把4、i和z1,分別除以o归一化,利用 Matlab仿真计
收稿日期:2012年3月8日,修回日期:2012年4月19日
作者简介:杨立志,男,硬士研究生,研究方向:武器系统总体及其核心子系统设计。
方数据
2年第9期
舰船电子工程
算,可以得到它们随时间变化的趋勢。
数决定,导线的线径会影响电阻和电容,导线材料的电阻率
如图3所示,电容也直接决定电阻的大小。通过理论计算和实验验证,来合
电容电压
两端电压一直在减小,理搭配感应线圈参数,使电阻、电感和电容满足条件r≥
0.
说明电容一直处于放电
T/C,从而使得感应线圈能够对信号有一个良好的响应
过程;电流先增大,随着2.2正弦稳态响应
电容两端的电压的减小
感应线圈在交变磁场中会产生感应电压,与静磁场或
678910
釗一定数值,电流开始者无磁空间里的感应线圏的等效电路是不ー一样的。在弱
碱小,但是电流方向始磁场中,感应线圈产生的感应电压比较小,必须加匹配电阻
图3x、i和xL随时间変化的曲线终没有改变;电感在电
和后续的放大电路,才能
流达到最大以前吸收能量,当电流过了最大值以后,电感开
满足通信的要求。当考
始释放能量。所以,当r≥2√L/C时,等效电路是一个非
虑匹配电阻和放大电路
振荡电路
e(t
放大器时,整个磁性天线的等效
2)当r<2√L/C时;
电路叩如图5所示
特征方程的特征根S1和S2是一对共轭复根
图5磁性天线等效电路
由图5可得:
IC
r+R一2RCL)+io(nRC+L
从而有:
了
电容上的电压为
ィ+RーのRCL)2+a(RC+LF
是i(C
1_(R
R
21 2
令a=?-称为直流系数,K=a(L/C+2r
4L
C/L),称为阻尼系数,て=2 m Lca,称为时间系数,2
t aretas Rac-1
,称为频率系数,则
电流为
H(
C
v(1-2)2+4R2Q2
L R
IC
不同的K
1.6
会使电路的幅频
电感电压为
1.2
特性不同,如图6
所示。K>1时,
RC
磁性天线工作在
过阻尼状态;K<1
0.2
时,磁性天线工作
R2C
10
把4、i和,归-一化,利用 Matlab仿真计算,可以得
在欠阻尼状态。
图6磁性天线的频特性曲线
到它们随时间变化的趋势。
无论磁性天线工
如图4所示,电容电
作在过阻尼状态还是欠阻尼状态,相对于输入信号来说发
电容电压
生了畸変。K=1时,磁性天线工作在临界阻尼状态,对于
压先变小,电压变为零
电感电压
输人信号在很宽的带宽内能够稳定的响应2
后,反向增大,然后再变
小;电路中的电流先增
工作状态调整
-0.2
大,再变小,电流变为零
后,反向增大,然后再变
如图6所示,K=0.4时,虽然峰值很高,但是峰很尖
6
0
小;电感电压的变化趋势
锐;K=0.6时,峰值相对较小,但是峰值附近比较窄的带宽
图4u4、i和aL
内幅值是相对平坦的。当磁性天线工作在欠阻尼状态时,
随时间变化的曲线
和电容电压相似,只是变
频率系数2为1附近,幅值要比临界阻尼状态大;随着阻值
化趋势滯