オシロスコープと信号発生器でインダクタンスを測定する方法

インダクタンスの測定は、さまざまな電気部品の設計と分析の重要な側面であり、さまざまな産業でいくつかの応用があります。以下にいくつかの例を示します。

• フィルターの設計。 インダクタンスの測定により、さまざまな回路で使用されるフィルターの設計に役立ちます。不要なノイズや信号を除去するためのフィルターの成分のインダクタンスを測定することで、フィルターの性能を最適化し、望ましい減衰レベルを提供できます。
• トランスフォーマーの設計。 トランスフォーマーは回路間で電力を転送し、多くの電気システムで重要なコンポーネントです。トランスフォーマー巻線のインダクタンスを測定することで、トランスフォーマーが意図されたアプリケーションに最適化され、ピーク効率で動作することを確認できます。
• インダクタンスセンシング。 インダクタンスセンシングは、非接触位置センシング、電流センシング、液体レベルセンシングなど、さまざまなアプリケーションで使用されます。これらのアプリケーションでは、インダクタンスが移動オブジェクトの位置、導体を流れる電流の量、またはタンク内の液体のレベルを測定します。
• パワーエレクトロニクス。 インダクタは、DC-DCコンバータやスイッチング電源など、多くのパワーエレクトロニクスアプリケーションで重要です。これらのシステムのパフォーマンスを最適化し、効率的な動作を確認するために、インダクタのインダクタンスを測定できます。
• オーディオエンジニアリング。 インダクタは、フィルターやイコライザなど、多くのオーディオ回路で使用され、システムの周波数応答を形成します。これらのコンポーネントのインダクタンスを測定することで、システムのパフォーマンスを最適化し、望ましい音質を提供できます。

インダクタンスを測定する場合、さまざまな方法があり、それぞれに利点と制限があります。オシロスコープと信号発生器を使用したインダクタンス測定の比較を以下に示します。

回路の設定方法がわかったので、次は測定を行いましょう。オシロスコープと信号発生器を使用してインダクタンスを測定するには、以下の手順に従います：

1. オシロスコープを使用してインダクタにかかる信号電圧を測定します。オシロスコープを設定して波形のピーク・ツー・ピーク電圧を測定します。
2. 信号発生器を使用してインダクタに流れる電流を測定します。信号発生器を既知の電流を出力するように設定し、インダクタを信号発生器と直列に接続します。アンメーターや電流プローブを使用して回路に流れる電流を測定します。
3. 測定した電圧と電流を使用してインダクタのインダクタンスを計算します。インダクタンスの計算式は、L = V / (ωI) です。ここで、Lはヘンリー単位のインダクタンス、Vはインダクタにかかるピーク・ツー・ピーク電圧、Iはインダクタに流れる電流（アンペア）、ωは波形の角周波数（ラジアン毎秒）です。角周波数を計算するには、式 ω = 2πf を使用します。ここで、fは波形の周波数（ヘルツ）です。

たとえば、インダクタにかかるピーク・ツー・ピーク電圧が2ボルト、インダクタに流れる電流が0.5アンペア、周波数が1kHzの場合、角周波数は ω = 2π1000 = 6283.2 ラジアン毎秒となります。式 L = 2 / (6283.20.5) を使用してインダクタンスを計算すると、L = 6.3710^-4 ヘンリー、または63.7マイクロヘンリーとなります。

1. Measure the signal voltage across the inductor using the oscilloscope. Set the oscilloscope to measure the peak-to-peak voltage of the waveform.
2. Measure the current flowing through the inductor using the signal generator. Set the signal generator to output a known current and connect the inductor in series with the signal generator. Use an ammeter or a current probe to measure the current flowing through the circuit.
3. Calculate the inductance of the inductor using the measured voltage and current. The formula for calculating inductance is L = V / (ωI), where L is the inductance in Henrys, V is the peak-to-peak voltage across the inductor, I is the current flowing through the inductor in amps, and ω is the angular plot frequency of the waveform in radians per second. To calculate the angular frequency, use the formula ω = 2πf, where f is the frequency of the waveform in Hertz.

For example, let's say we measure a peak-to-peak voltage of 2 volts across an inductor and a current of 0.5 amps flowing through the inductor at a frequency of 1 kHz. The angular frequency is calculated as ω = 2π1000 = 6283.2 radians per second. Using the formula L = V / (ωI), we can calculate the inductance as L = 2 / (6283.2*0.5) = 6.37*10-4 henrys, or 63.7 microhenrys.

オシロスコープと信号発生器を使用してインダクタンスを測定することは、上記のステップほど簡単ではないかもしれません。エラーやアーティファクト、その他の問題に遭遇することがよくあります。エンジニアとして、トラブルシューティングは仕事の一部ですので、潜在的な問題とその対処方法を把握しておくことが重要です。正しいインダクタンス測定を行うための標準的なチェックとヒントには、次のようなものがあります：

• 接続の確認
• 信号周波数の調整
• 信号振幅の調整
• アース接続の確認
• ノイズの確認
• 別のインダクタの使用
• オシロスコープ設定の確認

最も簡単で迅速な方法の一つは、測定を行う前に全ての接続を再確認することです。信号発生器とオシロスコープがインダクタに正しく接続されており、全ての接続がしっかりと固定されていることを確認します。緩んだり不正確な接続は、測定値の誤りや機器の損傷を引き起こす可能性があります。接続を確認するために少しの時間をかけることで、後々の問題を防ぎ、時間を節約することができます。

複数の周波数でインダクタンスを測定する場合は、信号発生器の周波数を適宜調整します。信号が歪まないようにするためには、オシロスコープと信号発生器の範囲内で操作することが重要です。低周波数測定には、1 Hzから100 kHzの周波数範囲で十分です。

高周波数測定には、1 MHzから1 GHzの周波数範囲を使用する必要があるかもしれません。必要に応じて、減衰器や増幅器を使用して、高振幅信号の振幅を減らし、歪みを防ぎます。

信号発生器の振幅を調整し、オシロスコープのダイナミックレンジ内に収めます。振幅が低すぎるとノイズによる不正確な測定結果が生じる可能性があり、振幅が高すぎると歪みや誤った測定結果を引き起こします。必要に応じて、分圧器や減衰器を使用して信号の電圧を下げます。

測定対象のインダクタの電圧定格も考慮し、信号振幅がその定格を超えないようにします。例えば、100V定格のインダクタを測定する場合、信号発生器の振幅はこの値を超えないようにします。

信号発生器、オシロスコープ、およびインダクタが正しくアースされていることを確認することは、正確なインダクタンス測定にとって重要です。アースが不適切な場合、ノイズや歪んだ測定結果が生じるか、機器が損傷する可能性があります。以下の手順でアース接続を確認します。

• 電源コンセントのアースを確認：電源コンセントが正しくアースされていることを確認します。プラグテスターやマルチメーターを使用して、電源のアースを確認できます。
• 機器のアースを確認：信号発生器とオシロスコープが正しくアースされていることを確認します。多くの機器には、アース線を取り付けるためのアースラグやネジがあります。アース線が機器にしっかりと取り付けられていることを確認します。
• インダクタのアースを確認：インダクタが正しくアースされていることを確認します。一部のインダクタには、アース端子があり、この目的で使用できます。アース端子がない場合は、近くの金属表面にアース線を取り付けます。

アース接続に問題がある場合、以下の手順で修正します。

• アース線がしっかり取り付けられていることを確認：アース線が緩んでいるか、正しく接続されていない場合、ノイズや歪んだ測定結果が生じる可能性があります。アース線が機器やインダクタにしっかりと取り付けられていることを確認します。
• 別の電源コンセントを使用：電源コンセントが正しくアースされていない場合、正しくアースされた別のコンセントを使用します。
• グランドループアイソレータの使用：アース接続の問題が解決できない場合、グランドループアイソレータを使用してグランドループを排除し、測定の品質を改善します。

ノイズはインダクタンス測定の精度に影響を与える可能性があります。正確な測定ができない場合、回路内のノイズを確認してください。ノイズを減少または除去するための手順は以下の通りです。

1. 干渉源から離れる：作業エリアが電力線、無線ネットワーク、蛍光灯などの干渉源から離れていることを確認します。
2. シールドケーブルを使用する：オシロスコープと信号発生器がシールドケーブルで接続されていることを確認し、電磁干渉（EMI）を減少させます。
3. フィルターを使用する：ローパスフィルターを使用して、信号から高周波ノイズを除去します。
4. オシロスコープシールドを使用する：オシロスコープシールドは、環境からのノイズや電磁干渉を減少させます。

それでも正確なインダクタンス測定ができない場合、インダクタが不良品である可能性があります。インダクタを捨てる前に、目に見える損傷や欠陥がないか確認します。

適切な代替インダクタを選ぶ際には、インダクタンス値、電流定格、抵抗、電圧定格、温度範囲を考慮することが重要です。インダクタンス値は、希望する回路設計仕様に一致する必要があり、電流および電圧定格は交換されるデバイスのそれを超えないようにします。

また、インダクタの抵抗が低く、過度な電力損失を避ける必要があります。最後に、動作環境に適した温度定格のインダクタを選択します。

オシロスコープでインダクタンスを測定する前に、オシロスコープのパラメータが正しく設定されていることを確認します。適切な垂直および水平スケール設定とトリガーレベルを使用していることを確認し、必要に応じてゲインを調整します。

電圧スケールは、インダクタの電圧がフルスケール偏向の1/3になるように設定します。時間スケールは、画面上に複数の信号サイクルが表示されるように設定します。

また、正確な測定値を取得するために適切なウィンドウサイズを選択することも重要です。ウィンドウサイズが小さすぎると、測定が不正確になる可能性があります。最後に、そして最も重要なことですが、測定を行う前にオシロスコープが校正されていることを確認します。

これらのパラメータが正しく設定されると、オシロスコープでインダクタンスの測定を開始できます。

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