功率放大器在納米晶軟磁材料高頻磁特性測量中的應用

　　實驗名稱：功率放大器在納米晶軟磁材料高頻磁特性（損耗、磁滯回線、磁致伸縮）測量中的應用

　　實驗內容：利用放大器對信號發生器產生的正弦波、三角波、對稱矩形波與不對稱矩形波等電壓波信號幅值進行調整放大，使納米晶磁環內部磁通密度達到預期幅值，測量不同磁通密度、激勵頻率、激勵波形下納米晶磁環的振動與磁化特性。

　　研究方向：磁性材料磁特性及測量技術

　　測試設備：AFG1062信號發生器、ATA-3040功率放大器、TPP0201電壓探頭、TBS1152B示波器、SRS6050高頻電流探頭、1A2100型加速度傳感器

　　實驗過程：

　　激勵源由信號發生器產生，通過ArbExpressApplication軟件可編譯生成不同形狀波形的信號；經功率放大器(ATA-3040)連接至匝數比為1:1的變壓器，此處連接變壓器是為了濾除直流信號防止發生直流偏磁，避免其對測量結果產生影響；變壓器的副邊連接到被測磁環，其感應電壓可由示波器獲得，而激勵電流可由高頻電流探頭測量得到。記錄i1(t)、u2(t)的數據，經過換算得到磁場強度H(t)與磁通密度B(t)。磁環的振動特性可由吸附于磁環表面的1A2100型加速度傳感器測量，其靈敏度與測量范圍分別為100mV/g與±50g。由于實驗測量得到的振動信號不可直接讀取，需要經過調理器將其轉換為電壓信號顯示至示波器，因此最后的振動加速度大小為示波器顯示的電壓值除以靈敏度。

　　實驗結果：

　　在對稱矩形波激勵下，磁滯具有對稱性，且隨著占空比的增加，磁滯回線的面積逐漸減小，損耗會逐漸降低。在不對稱矩形波激勵下，當占空比為0.6和0.8時，磁滯回線具有正的直流磁場疊加；當占空比為0.2和0.4時，磁滯回線具有負的直流磁場疊加。

　　（2）在相同磁密與不同頻率下三角波的振動加速度大于正弦波，但均小于對稱與不對稱矩形波激勵。在對稱矩形波激勵下，磁環的振動加速度時隨占空比的增大而減小，在占空比為0.2時振動加速度最大，在占空比為1.0是振動最小；且在頻率為4000Hz、6000Hz、8000Hz時下振動幅值是較大的。在不對稱矩形波激勵下，占空比為0.2與占空比為0.8時振動加速度接近且大于占空比為0.4與0.6時的振動加速度。在頻率為6000Hz與8000Hz時，振動加速度最大。

　　（3）對2000Hz與6000Hz正弦波、三角波、對稱/不對稱矩形波（占空比為0.8）激勵電壓進行快速傅里葉變換，獲取到頻譜圖。由電壓的頻譜圖可以看出，正弦波與三角波電壓信號主要為基頻；矩形波電壓除了基頻外，還有許多的高頻諧波激勵，而且不對稱矩形電壓的高頻諧波激勵更多。所以受高頻諧波激勵電壓的影響，在對稱與不對稱矩形波電壓激勵下，磁環的振動更加復雜。

　　Aigtek安泰功率放大器在本次實驗中發揮的作用：驅動納米晶磁環產生激磁信號

圖：ATA-3040C功率放大器指標參數

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