- Potrebni materiali
- Kako deluje Tank Circuit?
- Priprava za merjenje induktivnosti in kapacitivnosti
- Kako izmeriti resonančno frekvenco z osciloskopom?
Upori, induktorji in kondenzatorji so najpogosteje uporabljeni pasivni sestavni deli skoraj vseh elektronskih vezij. Od teh treh je vrednost uporov in kondenzatorjev običajno označena na vrhu bodisi kot barvna koda upora ali kot številčna oznaka. Tudi upor in kapacitivnost lahko izmerite z običajnim multimetrom. Toda na večini induktorjev, zlasti na feritnih in zračnih, iz nekega razloga ni videti nobenih oznak. To postane precej moteče, ko morate izbrati pravo vrednost induktorja za zasnovo vašega vezja ali ste ga rešili iz starega elektronskega tiskanega vezja in ste želeli vedeti njegovo vrednost.
Neposredna rešitev tega problema je uporaba merilnika LCR, ki lahko izmeri vrednost induktorja, kondenzatorja ali upora in jo prikaže neposredno. Vendar nimajo vsi pri sebi merilnika LCR, zato se v tem članku naučimo, kako z osciloskopom merimo vrednost induktorja ali kondenzatorja s pomočjo preprostega vezja in enostavnih izračunov. Seveda, če potrebujete hitrejši in trdnejši način, lahko sestavite tudi svoj LC merilnik, ki uporablja isto tehniko skupaj z dodatnim MCU za odčitavanje vrednosti prikaza.
Potrebni materiali
- Osciloskop
- Generator signala ali preprost signal PWM iz Arduina ali drugega MCU
- Dioda
- Znani kondenzator (0,1uf, 0,01uf, 1uf)
- Upor (560 ohm)
- Kalkulator
Za merjenje vrednosti neznanega induktorja ali kondenzatorja moramo zgraditi preprosto vezje, imenovano krogotok rezervoarja. To vezje lahko imenujemo tudi LC vezje ali resonančno vezje ali uglašeno vezje. Rezervoarsko vezje je vezje, v katerem bomo imeli induktor in kondenzator, ki sta medsebojno vzporedno povezana, in ko bo vezje napajano, bo napetost in tok na njem odmeval s frekvenco, imenovano resonančna frekvenca. Razumejmo, kako se to zgodi, preden gremo naprej.
Kako deluje Tank Circuit?
Kot smo že povedali, je tipično vezje rezervoarja sestavljeno iz vzporedno priključenih induktorja in kondenzatorja. Kondenzator je naprava, sestavljena iz samo dveh vzporednih plošč, ki je sposobna shranjevati energijo v električnem polju, induktor pa je tuljava, navita nad magnetnim materialom, ki lahko shrani energijo tudi v magnetnem polju.
Ko se vezje napaja, se kondenzator napolni, nato pa ko se moč odstrani, kondenzator izprazni svojo energijo v induktor. Ko kondenzator izprazni svojo energijo v induktor, se induktor napolni in bi s svojo energijo potisnil tok nazaj v kondenzator v nasprotni polarnosti, tako da se kondenzator ponovno napolni. Ne pozabite, da induktorji in kondenzatorji spreminjajo polarnost, ko se polnijo in praznijo. Na ta način se napetost in tok nihata naprej in nazaj in ustvarjata resonanco, kot je prikazano na zgornji sliki GIF.
Toda to se ne more zgoditi za vedno, ker se vsakič, ko se kondenzator ali induktor napolni in izprazni, nekaj energije (napetosti) izgubi zaradi upora žice ali magnetne energije in počasi bi velikost resonančne frekvence izginila, kot je prikazano spodaj valovna oblika.
Ko dobimo ta signal v obseg, lahko izmerimo frekvenco tega signala, ki ni nič drugega kot resonančna frekvenca, nato pa lahko uporabimo spodnje formule za izračun vrednosti Induktorja ali kondenzatorja.
FR = 1 / / 2π √LC
V zgornjih formulah je F R resonančna frekvenca, nato pa, če poznamo vrednost kondenzatorja, lahko izračunamo vrednost Induktorja in podobno vemo vrednost induktorja lahko izračunamo vrednost kondenzatorja.
Priprava za merjenje induktivnosti in kapacitivnosti
Dovolj teorije, pojdimo zdaj na vezje. Tu imam induktor, katerega vrednost bi moral ugotoviti z uporabo znane vrednosti induktorja. Nastavitev vezij, ki jo uporabljam tukaj, je prikazana spodaj
Kondenzator C1 in Induktor L1 tvorita krogotok rezervoarja, dioda D1 se uporablja za preprečevanje vstopa toka nazaj v vir signala PWM, upor 560 ohmov pa za omejevanje toka skozi vezje. Tu sem svoj Arduino uporabil za generiranje PWM valovne oblike s spremenljivo frekvenco, lahko pa uporabite funkcijski generator, če ga imate, ali preprosto uporabite kateri koli PWM signal. Obseg je povezan prek kroga rezervoarja. Ko je bilo vezje končano, je bila moja nastavitev strojne opreme videti spodaj. Tukaj lahko vidite tudi moj neznani tuljavni induktor
Zdaj vklopite vezje s signalom PWM in opazujte resonančni signal na merilniku. Če ne dobite jasnega resonančnega frekvenčnega signala, lahko poskusite spremeniti vrednost kondenzatorja, običajno kondenzator 0,1uF deluje za večino induktorjev, lahko pa tudi z nižjimi vrednostmi, kot je 0,01uF. Ko dobite resonančno frekvenco, mora biti videti nekako tako.
Kako izmeriti resonančno frekvenco z osciloskopom?
Za nekatere ljudi se bo krivulja prikazala kot taka, za druge pa boste morda morali malo prilagoditi. Prepričajte se, da je sonda obsega nastavljena na 10x, ker potrebujemo ločevalni kondenzator. Nastavite tudi časovno delitev na 20us ali manj, nato pa zmanjšajte magnitudo na manj kot 1V. Zdaj poskusite povečati frekvenco signala PWM, če nimate generatorja valovne oblike, poskusite zmanjševati vrednost kondenzatorja, dokler ne opazite resonančne frekvence. Ko dobite resonančno frekvenco, postavite obseg v eno zaporedje. način, da dobite jasno valovno obliko, kot je prikazana zgoraj.
Po prejemu signala moramo izmeriti frekvenco tega signala. Kot lahko vidite, velikost signala odmira s časom, tako da lahko izberemo kateri koli celoten cikel signala. Nekateri področji imajo morda način merjenja, da storijo enako, toda tukaj vam bom pokazal, kako uporabljati kazalko. Prvo črto kurzorja postavite na začetek sinusnega vala, drugo pa na konec sinusnega vala, kot je prikazano spodaj, da izmerite obdobje frekvence. V mojem primeru je bilo časovno obdobje označeno na spodnji sliki. Moj obseg prikazuje tudi frekvenco, vendar za učni namen upoštevajte samo časovno obdobje, če želite, da časovno obdobje poiščete tudi s črtami grafa in vrednostjo delitve časa, če ga obseg ne prikaže.
Izmerili smo le časovno obdobje signala, da poznamo frekvenco, lahko preprosto uporabimo formule
F = 1 / T
V našem primeru je torej vrednost časovnega obdobja 29,5uS, kar je 29,5 × 10 -6. Torej bo vrednost frekvence
F = 1 / (29,5 × 10 -6) = 33,8 KHz
Zdaj imamo resonančno frekvenco 33,8 × 10 3 Hz in vrednost kondenzatorja kot 0,1uF, kar je 0,1 × 10 -6 F, ki vse to nadomestimo v formulah, ki jih dobimo
FR = 1 / 2π √LC 33,8 × 10 3 = 1 / 2π √L (0,1 x 10 -6)
Rešitev za L dobimo
L = (1 / (2π x 33,8 x 10 3) 2 / 0,1 × 10 -6 = 2,219 × 10 -4 = 221 × 10 -6 L ~ = 220 uH
Torej, vrednost neznanega induktorja je izračunana na 220uH, podobno lahko izračunate tudi vrednost kondenzatorja z uporabo znanega induktorja. Poskusil sem tudi z nekaj drugimi znanimi vrednostmi induktorja in zdi se, da delujejo povsem v redu. Prav tako lahko najti popolno delovanje v videu spodaj priloženi.
Upam, da ste članek razumeli in se naučili nekaj novega. Če imate kakršne koli težave, da vam to pomaga, pustite vprašanja v oddelku za komentarje ali uporabite forum za več tehnične pomoči.