Ako merať hodnotu induktora alebo kondenzátora pomocou metódy osciloskopu - rezonančnej frekvencie

Rezistory, tlmivky a kondenzátory sú najčastejšie používanými pasívnymi komponentmi takmer v každom elektronickom obvode. Z týchto troch hodnôt rezistorov a kondenzátorov sa bežne označuje buď farebný kód rezistora, alebo číselná značka. Odpor a kapacitu je možné merať aj pomocou bežného multimetra. Ale zdá sa, že väčšina induktorov, najmä feritových a vzduchových, z nejakého dôvodu nemá na sebe nijaký druh značenia. To bude dosť nepríjemné, keď musíte zvoliť správnu hodnotu tlmivky pre návrh obvodu alebo ak ste zachránili jeden zo starého elektronického plošného spoja a chceli by ste vedieť jeho hodnotu.

Jednoznačným riešením tohto problému je použitie meracieho prístroja LCR, ktorý dokáže zmerať hodnotu induktora, kondenzátora alebo odporu a priamo ju zobraziť. Ale nie každý má so sebou LCR meter, takže v tomto článku sa nás naučíme, ako používať osciloskop na meranie hodnoty induktora alebo kondenzátora pomocou jednoduchého obvodu a ľahkých výpočtov. Samozrejme, ak potrebujete rýchlejší a robustnejší spôsob, ako to dosiahnuť, môžete si tiež vytvoriť svoj vlastný LC meter, ktorý používa rovnakú techniku ​​spolu s ďalším MCU na čítanie zobrazenej hodnoty.

Potrebné materiály

• Osciloskop
• Generátor signálu alebo jednoduchý PWM signál z Arduina alebo iného MCU
• Dióda
• Známy kondenzátor (0,1uf, 0,01uf, 1uf)
• Rezistor (560 ohmov)
• Kalkulačka

Na meranie hodnoty neznámeho induktora alebo kondenzátora musíme zostaviť jednoduchý obvod, ktorý sa nazýva obvod nádrže. Tento obvod možno tiež nazvať ako LC obvod alebo rezonančný obvod alebo ladený obvod. Obvod nádrže je obvod, v ktorom budeme mať induktor a kondenzátor navzájom spojené paralelne a keď je obvod napájaný, napätie a prúd v ňom budú rezonovať na frekvencii nazývanej rezonančná frekvencia. Poďme pochopiť, ako sa to deje, skôr ako sa posunieme ďalej.

Ako funguje Tank Circuit?

Ako už bolo povedané, typický obvod nádrže pozostáva iba z induktora a kondenzátora zapojených paralelne. Kondenzátor je zariadenie pozostávajúce iba z dvoch rovnobežných dosiek, ktoré je schopné akumulovať energiu v elektrickom poli, a induktor je cievka navinutá na magnetický materiál, ktorá je tiež schopná akumulovať energiu v magnetickom poli.

Keď je obvod napájaný, kondenzátor sa nabíja a potom, keď je energia odpojená, kondenzátor vybíja svoju energiu do induktora. V čase, keď kondenzátor vyčerpá svoju energiu do induktora, induktor sa nabije a použil by svoju energiu na vytlačenie prúdu späť do kondenzátora v opačnej polarite, aby sa kondenzátor znovu nabil. Pamätajte, že induktory a kondenzátory pri nabíjaní a vybíjaní menia polaritu. Týmto spôsobom by sa napätie a prúd pohybovali tam a späť a vytvorili by rezonanciu, ako je to znázornené na obrázku GIF vyššie.

To sa však nemôže stať navždy, pretože zakaždým, keď sa kondenzátor alebo induktor nabije a vybije určitá energia (napätie), dôjde k strate v dôsledku odporu drôtu alebo magnetickej energie a veľkosť rezonančnej frekvencie pomaly zmizne, ako je uvedené nižšie. krivka.

Akonáhle dostaneme tento signál do nášho rozsahu, môžeme merať frekvenciu tohto signálu, ktorá nie je nič iné ako rezonančná frekvencia, a potom môžeme pomocou nasledujúcich vzorcov vypočítať hodnotu induktora alebo kondenzátora.

FR = 1 / / 2π √LC

Vo vyššie uvedených vzorcoch F _R je rezonančná frekvencia, a potom, ak poznáme hodnotu kondenzátora, môžeme vypočítať hodnotu induktora a podobne poznáme hodnotu induktora, môžeme vypočítať hodnotu kondenzátora.

Nastavenie na meranie indukčnosti a kapacity

Dosť bolo teórie, poďme teraz postaviť okruh na prkénku. Tu mám induktor, ktorého hodnotu by som mal zistiť pomocou známej hodnoty tlmivky. Nižšie je zobrazené nastavenie obvodu, ktoré tu používam

Kondenzátor C1 a induktor L1 tvoria obvod nádrže, dióda D1 sa používa na zabránenie vstupu prúdu späť do zdroja signálu PWM a rezistor 560 ohmov sa používa na obmedzenie prúdu obvodom. Tu som použil svoje Arduino na generovanie PWM krivky s premenlivou frekvenciou, môžete použiť generátor funkcií, ak máte jeden, alebo jednoducho použiť akýkoľvek signál PWM. Ďalekohľad je pripojený cez okruh nádrže. Po dokončení obvodu moje nastavenie hardvéru vyzeralo ako nižšie. Môžete tu tiež vidieť môj neznámy vypálený jadrový induktor

Teraz zapnite obvod pomocou signálu PWM a sledujte rezonančný signál v rozsahu. Ak nezískate jasný rezonančný frekvenčný signál, môžete skúsiť zmeniť hodnotu kondenzátora. Pre väčšinu induktorov by mal bežne fungovať kondenzátor 0,1 uF, ale môžete tiež vyskúšať nižšie hodnoty, napríklad 0,01 uF. Akonáhle získate rezonančnú frekvenciu, mala by vyzerať asi takto.

Ako merať rezonančnú frekvenciu pomocou osciloskopu?

U niektorých ľudí sa krivka bude javiť ako taká, u iných možno budete musieť trochu doladiť. Uistite sa, že sonda rozsahu je nastavená na 10x, pretože potrebujeme oddeľovací kondenzátor. Tiež nastavte časové delenie na 20us alebo menej a potom znížte veľkosť na menej ako 1V. Teraz skúste zvýšiť frekvenciu signálu PWM, ak nemáte generátor kriviek, skúste znížiť hodnotu kondenzátora, kým si nevšimnete rezonančnú frekvenciu. Akonáhle získate rezonančnú frekvenciu, dajte rozsah do jedného sekv. móde získate jasný priebeh, ako je zobrazený vyššie.

Po získaní signálu musíme zmerať frekvenciu tohto signálu. Ako vidíte, veľkosť signálu odumiera, ako sa zvyšuje čas, takže môžeme zvoliť ktorýkoľvek úplný cyklus signálu. Niektorý rozsah môže mať rovnaký režim aj režim merania, ale tu vám ukážem, ako používať kurzor. Umiestnite prvý riadok kurzora na začiatok sínusovej vlny a druhý kurzor na koniec sínusovej vlny, ako je uvedené nižšie, aby ste zmerali periódu frekvencie. V mojom prípade bolo časové obdobie zvýraznené na obrázku nižšie. Môj rozsah tiež zobrazuje frekvenciu, ale na účely učenia sa len zvážte časové obdobie. Môžete tiež použiť čiary grafu a hodnotu časového delenia na vyhľadanie časového obdobia, ak ho váš rozsah nezobrazuje.

Merali sme iba časové obdobie signálu, aby sme vedeli frekvenciu, môžeme jednoducho použiť vzorce

F = 1 / T.

Takže v našom prípade je hodnota časového obdobia 29,5uS, čo je 29,5 × 10 ^-6. Takže hodnota frekvencie bude

F = 1 / (29,5 × 10 ^-6) = 33,8 kHz

Teraz máme rezonančnú frekvenciu ako 33,8 × 10 ³ Hz a hodnotu kondenzátora ako 0,1uF, čo je 0,1 × ^10-6 F, pričom toto všetko dosadíme do vzorcov, ktoré dostaneme

FR = 1 / 2π √LC 33,8 × 10 ³ = 1 / 2π √L (0,1 x ^10-6)

Riešením pre L dostaneme

L = (1 / (2π x 33,8 x 10 ³) ² / 0,1 x 10 ^-6 = 2,219 x 10 ^-4 = 221 x 10 ^-6 L ~ = 220 uH

Takže hodnota neznámeho induktora sa počíta ako 220uH, podobne môžete tiež vypočítať hodnotu kondenzátora pomocou známeho induktora. Skúšal som to aj s niekoľkými ďalšími známymi hodnotami induktorov a zdá sa, že fungujú dobre. Môžete si tiež nájsť kompletnú prácu vo videu nižšie priloženom.

Dúfam, že ste článku porozumeli a dozvedeli sa niečo nové. Ak máte problém s tým, aby vám pomohol, nechajte svoje otázky v sekcii komentárov alebo použite technickú pomoc vo fóre.