- Szükséges anyagok
- Hogyan működik a tartály áramkör?
- Beállítás az induktivitás és a kapacitás mérésére
- Hogyan mérjük a rezonancia frekvenciát oszcilloszkóppal?
Az ellenállások, az induktorok és a kondenzátorok a leggyakrabban használt passzív alkatrészek szinte minden elektronikai áramkörben. Ebből a háromból az ellenállások és a kondenzátorok értékét általában ellenállás színkódjaként vagy numerikus jelölésként jelzik a tetején. Az ellenállás és a kapacitás szintén mérhető normál multiméterrel. De úgy tűnik, hogy az induktorok többsége, különösen a ferritmagos és a légmagos valamilyen oknál fogva, semmiféle jelölést nem tartalmaz. Ez nagyon idegesítővé válik, amikor ki kell választania az induktivitás megfelelő értékét az áramköri tervezéshez, vagy megmentett egy régi elektronikus NYÁK-ból, és meg akarta tudni annak értékét.
A probléma egyenes megoldása az LCR mérő használata, amely meg tudja mérni az induktor, a kondenzátor vagy az ellenállás értékét és közvetlenül megjeleníti azt. De nem mindenkinek van LCR-mérője, így ebben a cikkben megtanulhatjuk, hogyan használhatunk oszcilloszkópot az induktivitás vagy a kondenzátor értékének mérésére egyszerű áramkör és egyszerű számítások segítségével. Természetesen, ha gyorsabb és robusztusabb módszerre van szüksége, akkor saját LC mérőt is készíthet, amely ugyanazt a technikát használja, valamint egy további MCU-t az érték kiolvasásához.
Szükséges anyagok
- Oszcilloszkóp
- Jelgenerátor vagy egyszerű PWM jel az Arduino-tól vagy más MCU-tól
- Dióda
- Ismert kondenzátor (0,1uf, 0,01uf, 1uf)
- Ellenállás (560 ohm)
- Számológép
Az ismeretlen induktivitás vagy kondenzátor értékének méréséhez fel kell építenünk egy egyszerű áramkört, a tartály áramkört. Ezt az áramkört LC-áramkörnek vagy rezonáns áramkörnek vagy hangolt áramkörnek is nevezhetjük. A tartály áramkör olyan áramkör, amelyben egy induktivitást és kondenzátort egymással párhuzamosan csatlakoztatunk, és amikor az áramkört tápláljuk, a rajta lévő feszültség és áram rezonálni fog, úgynevezett rezonáló frekvenciának. Értsük meg, hogyan történik ez, mielőtt továbblépünk.
Hogyan működik a tartály áramkör?
Mint korábban elmondtuk, egy tipikus tartály áramkör csak párhuzamosan kapcsolt induktorból és kondenzátorból áll. A kondenzátor csak két párhuzamos lemezből álló eszköz, amely képes energiát tárolni az elektromos mezőben, és az induktor egy tekercs, amely egy mágneses anyag fölé van tekerve, és amely képes energiát tárolni a mágneses mezőben is.
Az áramkör táplálásakor a kondenzátor feltöltődik, majd az áramellátás megszűnésekor a kondenzátor energiáját az induktorba engedi. Mire a kondenzátor elvezeti energiáját az induktorba, az induktor feltöltődik, és energiáját arra használja, hogy az áramot ellentétes polaritással tolja vissza a kondenzátorba, így a kondenzátor újra feltöltődik. Ne feledje, hogy az induktorok és a kondenzátorok megváltoztatják a polaritást, amikor töltődnek és kisülnek. Így a feszültség és az áram előre-hátra lendülve rezonanciát kelt, amint azt a fenti GIF kép mutatja.
De ez nem történhet meg örökké, mert valahányszor a kondenzátor vagy az induktor feltölt és kisüt valamilyen energiát (feszültséget), a vezeték ellenállása vagy mágneses energia miatt elvész, és a rezonancia frekvencia nagysága lassan elhalványul, amint az az alábbiakban látható hullámforma.
Amint megkapjuk ezt a jelet a hatókörünkön, megmérhetjük ennek a jelnek a frekvenciáját, amely nem más, mint a rezonáns frekvencia, majd az alábbi képletekkel kiszámíthatjuk az induktor vagy a kondenzátor értékét.
FR = 1 / / 2π √LC
A fenti képletekben F R a rezonáns frekvencia, majd ha tudjuk a kondenzátor értékét, akkor kiszámíthatjuk az Induktor értékét, és hasonlóan tudjuk az induktor értékét, kiszámíthatjuk a kondenzátor értékét.
Beállítás az induktivitás és a kapacitás mérésére
Elég elmélet, most építsük fel az áramkört egy kenyérlapra. Itt van egy olyan induktivitásom, amelynek értékét meg kell találnom egy ismert induktivitási érték felhasználásával. Az itt használt áramköri beállítást az alábbiakban mutatjuk be
A C1 kondenzátor és az L1 induktor alkotja a tartály áramkört, a D1 diódát használják arra, hogy megakadályozzák az áram visszatérését a PWM jelforrásba, és az 560 ohmos ellenállást használják az áramkörön keresztüli áram korlátozására. Itt használtam az Arduino-t PWM hullámforma generálására változó frekvenciával, használhatunk függvénygenerátort, ha van ilyen, vagy egyszerűen használunk bármilyen PWM jelet. A hatókör át van kötve a tartály áramkörén. A hardverbeállításom az alábbiaknak tűnt, miután az áramkör elkészült. Itt láthatja az ismeretlen torrid mag induktoromat is
Most kapcsolja be az áramkört a PWM jel segítségével, és figyelje meg a hatókörre vonatkozó rezonancia jelet. Megpróbálhatja megváltoztatni a kondenzátor értékét, ha nem kap tiszta rezonancia frekvenciás jelet, általában a 0,1uF kondenzátornak működnie kell a legtöbb induktoron, de megpróbálhat alacsonyabb értékekkel is, például 0,01uF. Miután megkapta a rezonancia frekvenciát, valami ilyennek kell kinéznie.
Hogyan mérjük a rezonancia frekvenciát oszcilloszkóppal?
Néhány ember számára a görbe önmagában fog megjelenni, másoknak lehet, hogy kissé be kell csípniük. Győződjön meg arról, hogy a hatótávolság-érzékelő 10-szer van beállítva, mivel szükségünk van a leválasztó kondenzátorra. Szintén állítsa be az időosztást 20us vagy annál kisebb értékre, majd csökkentse a nagyságrendet 1V alá. Most próbálja meg növelni a PWM jel frekvenciáját, ha nincs hullámalak generátor, akkor próbálja csökkenteni a kondenzátor értékét, amíg észre nem veszi a rezonancia frekvenciát. Miután megkapta a rezonancia frekvenciát, tegye a hatókört egyetlen sorozatba. módban tiszta hullámformát kapunk, mint a fent látható.
A jel megszerzése után meg kell mérnünk a jel frekvenciáját. Amint láthatja, a jel nagysága az idő növekedésével elhal, így a jel bármelyik teljes ciklusát kiválaszthatjuk. Bizonyos hatókörökben lehet egy mérési mód, hogy ugyanezt tegyék, de itt megmutatom, hogyan kell használni a kurzort. Helyezze az első kurzort a szinusz hullám kezdetére, a második kurzort a szinusz hullám végére az alábbiak szerint, a frekvencia periódusának méréséhez. Esetemben az időtartam az alábbi képen kiemelt volt. A hatóköröm a frekvenciát is megjeleníti, de tanulási célból csak vegye figyelembe az időtartamot. A grafikon vonalait és az időosztás értékét is felhasználhatja az időtartam megkeresésére, ha a hatókör nem jeleníti meg.
Csak a jel időtartamát mértük, hogy megismerjük a frekvenciát, egyszerűen használhatjuk a képleteket
F = 1 / T
Tehát esetünkben az időtartam értéke 29,5uS, ami 29,5 × 10 -6. Tehát a frekvencia értéke lesz
F = 1 / (29,5 × 10 -6) = 33,8 KHz
Most a rezonáns frekvencia 33,8 × 10 3 Hz, a kondenzátor értéke pedig 0,1uF, ami 0,1 × 10 -6 F, mindezt helyettesítve a kapott képletekben
FR = 1 / 2π √LC 33,8 × 10 3 = 1 / 2π √L (0,1 x 10 -6)
L-re megoldva megkapjuk
L = (1 / (2π x 33,8 x 10 3) 2 / 0,1 × 10 -6 = 2,219 × 10 -4 = 221 × 10 -6 L ~ = 220 uH
Tehát az ismeretlen induktivitás értékét 220uH-ra számolják, hasonlóan a kondenzátor értékét is kiszámíthatja egy ismert induktor használatával. Néhány más ismert induktivitási értékkel is kipróbáltam, és úgy tűnik, hogy ezek rendben működnek. Az alábbiakban mellékelt videóban megtalálhatja a teljes munkát.
Remélem, megértette a cikket, és valami újat tanult. Ha bármilyen problémája van azzal, hogy ez Önnek működjön, hagyja meg kérdéseit a megjegyzés részben, vagy használja a fórumot további technikai segítségért.