Kuinka mitata induktorin tai kondensaattorin arvo oskilloskooppi - resonanssitaajuusmenetelmällä

Vastukset, induktorit ja kondensaattorit ovat yleisimmin käytettyjä passiivisia komponentteja melkein jokaisessa elektroniikkapiirissä. Näistä kolmesta vastusten ja kondensaattorien arvo on yleensä merkitty sen päälle joko vastuksen värikoodina tai numeerisena merkintänä. Myös vastus ja kapasitanssi voidaan mitata normaalilla yleismittarilla. Mutta useimmilla induktoreilla, etenkin ferriittisydämisellä ja ilmalla täytetyillä, ei jostain syystä näytä olevan mitään merkintöjä. Tästä tulee varsin ärsyttävää, kun joudut valitsemaan oikean induktorin arvon piirisi suunnittelulle tai olet pelastanut sen vanhasta elektronisesta piirilevystä ja halunnut tietää sen arvon.

Suora ratkaisu tähän ongelmaan on käyttää LCR-mittaria, joka voisi mitata induktorin, kondensaattorin tai vastuksen arvon ja näyttää sen suoraan. Kaikilla ei ole kuitenkaan mukavaa LCR-mittaria, joten tässä artikkelissa voimme oppia kuinka oskilloskooppia käytetään induktorin tai kondensaattorin arvon mittaamiseen yksinkertaisen piirin ja helpon laskennan avulla. Tietysti, jos tarvitset nopeamman ja vankemman tavan tehdä se, voit myös rakentaa oman LC-mittarin, joka käyttää samaa tekniikkaa ja ylimääräisen MCU: n lukemaan näytön arvon.

Tarvittavat materiaalit

• Oskilloskooppi
• Signaaligeneraattori tai yksinkertainen PWM-signaali Arduinolta tai muulta MCU: lta
• Diodi
• Tunnettu kondensaattori (0,1uf, 0,01uf, 1uf)
• Vastus (560 ohmia)
• Laskin

Tuntemattoman induktorin tai kondensaattorin arvon mittaamiseksi meidän on rakennettava yksinkertainen piiri, jota kutsutaan säiliöpiiriksi. Tätä virtapiiriä voidaan kutsua myös LC-piiriksi tai resonanssipiiriksi tai viritetyksi piiriksi. Säiliöpiiri on piiri, jossa meillä on induktori ja kondensaattori kytketty rinnakkain toistensa kanssa, ja kun piiriin syötetään virtaa, sen poikki oleva jännite ja virta resonoi taajuudella, jota kutsutaan resonanssitaajuudeksi. Ymmärretäänkö, miten tämä tapahtuu, ennen kuin siirrymme eteenpäin.

Kuinka säiliöpiiri toimii?

Kuten aiemmin kerrottiin, tyypillinen säiliöpiiri koostuu vain rinnakkain kytketyistä induktoreista ja kondensaattoreista. Kondensaattori on vain kahdesta yhdensuuntaisesta levystä koostuva laite, joka kykenee varastoimaan energiaa sähkökenttään, ja induktori on kela, joka on kiedottu magneettisen materiaalin päälle, joka kykenee myös varastoimaan energiaa magneettikenttään.

Kun piiri saa virtaa, kondensaattori latautuu ja sitten kun virta katkaistaan, kondensaattori purkaa energiansa kelaan. Siihen aikaan, kun kondensaattori tyhjentää energiansa induktoriin, induktori latautuu ja käyttää energiansa työntääkseen virran takaisin kondensaattoriin päinvastaisessa napaisuudessa, jotta kondensaattori latautuu uudelleen. Muista, että induktorit ja kondensaattorit muuttavat napaisuutta, kun ne latautuvat ja purkautuvat. Tällä tavalla jännite ja virta heilahtelevat edestakaisin luomalla resonanssin, kuten yllä olevassa GIF-kuvassa on esitetty.

Mutta tämä ei voi tapahtua ikuisesti, koska joka kerta, kun kondensaattori tai induktori latautuu ja purkaa jonkin verran energiaa (jännitettä) menetetään johtimen vastuksen tai magneettisen energian takia, ja hitaasti resonanssitaajuuden voimakkuus haihtuisi, kuten alla on esitetty aaltomuoto.

Kun saamme tämän signaalin toiminta-alueellemme, voimme mitata tämän signaalin taajuuden, joka ei ole mitään muuta kuin resonanssitaajuus, voimme käyttää alla olevia kaavoja induktorin tai kondensaattorin arvon laskemiseksi.

FR = 1 / / 2π √LC

Edellä olevissa kaavoissa F _R on resonanssitaajuus, ja sitten jos tiedämme kondensaattorin arvon, voimme laskea induktorin arvon ja samalla tavalla tiedämme induktorin arvon voimme laskea kondensaattorin arvon.

Asetus induktanssin ja kapasitanssin mittaamiseksi

Tarpeeksi teoriaa, nyt rakennetaan piiri piirilevylle. Täällä minulla on kela, jonka arvon minun pitäisi selvittää käyttämällä tunnettua kelan arvoa. Tässä käyttämäni piirin kokoonpano on esitetty alla

Kondensaattori C1 ja induktori L1 muodostavat säiliöpiirin, diodia D1 käytetään estämään virran pääsy takaisin PWM-signaalilähteeseen ja vastusta 560 ohmia käytetään virran rajoittamiseen piirin läpi. Täällä olen käyttänyt Arduinoani PWM-aaltomuodon luomiseen vaihtelevalla taajuudella. Voit käyttää toimintogeneraattoria, jos sinulla on sellainen, tai yksinkertaisesti käyttää mitä tahansa PWM-signaalia. Laajuus on kytketty säiliöpiirin yli. My laitteiston perustamiseen näytti alla, kun piiri oli täydellinen. Voit myös nähdä tuntemattoman torrid-ydininduktorini täällä

Käynnistä piiri nyt PWM-signaalilla ja tarkkaile, onko resonanssisignaali laajuudessa. Voit yrittää muuttaa kondensaattorin arvoa, jos et saa selkeää resonanssitaajuussignaalia, yleensä 0,1uF-kondensaattorin pitäisi toimia useimmissa induktoreissa, mutta voit kokeilla myös pienemmillä arvoilla, kuten 0,01uF. Kun saat resonanssitaajuuden, sen pitäisi näyttää tältä.

Kuinka mitata resonanssitaajuutta oskilloskoopilla?

Joillekin ihmisille käyrä näkyy sellaisenaan, toisille saatat joutua säätämään hieman. Varmista, että laajuusanturi on asetettu 10x, koska tarvitsemme irrotuskondensaattorin. Aseta myös aikajako arvoon 20us tai vähemmän ja pienennä sitten suuruus alle 1V. Yritä nyt lisätä PWM-signaalin taajuutta, jos sinulla ei ole aaltomuotogeneraattoria, yritä pienentää kondensaattorin arvoa, kunnes huomaat resonanssitaajuuden. Kun saat resonanssitaajuuden, laita laajuus yhdeksi sekvenssiksi. tilassa saadaksesi selkeän aaltomuodon, kuten yllä.

Saatuamme signaalin meidän on mitattava tämän signaalin taajuus. Kuten näette, signaalin voimakkuus kuolee ajan myötä, jotta voimme valita minkä tahansa yhden signaalin koko jakson. Joillakin laajuuksilla voi olla mittaustila tehdä sama, mutta tässä näytän sinulle, miten kohdistinta käytetään. Aseta ensimmäinen kohdistinviiva siniaallon alkuun ja toinen kohdistin siniaallon päähän alla olevan kuvan mukaisesti taajuusjakson mittaamiseksi. Minun tapauksessani ajanjakso oli sama kuin alla olevassa kuvassa korostettu. Oma laajuus näyttää myös taajuuden, mutta oppimisen tarkoituksiin ota huomioon vain ajanjakso. Voit myös käyttää kaavion viivoja ja aikajakoarvoa löytääksesi ajanjakson, jos laajuus ei näytä sitä.

Olemme mitanneet vain signaalin ajanjakson, taajuuden tuntemiseksi voimme yksinkertaisesti käyttää kaavoja

F = 1 / T

Joten meidän tapauksessamme ajanjakson arvo on 29,5uS, joka on 29,5 × ^10-6. Joten taajuuden arvo on

F = 1 / (29,5 × ^10-6) = 33,8 KHz

Nyt resonanssitaajuus on 33,8 × 10 ³ Hz ja kondensaattorin arvo 0,1uF, joka on 0,1 × ^10-6 F, joka korvaa kaiken tämän saamissamme kaavoissa.

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

Ratkaisemalla L saamme

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

Joten tuntemattoman induktorin arvo lasketaan olevan 220uH, samalla tavalla voit laskea kondensaattorin arvon myös käyttämällä tunnettua kelaa. Yritin myös muutamilla muilla tunnetuilla induktoriarvoilla, ja ne näyttävät toimivan hienosti. Voit myös löytää täydellisen työ- videon ohessa liitteenä.

Toivottavasti ymmärrät artikkelin ja opit jotain uutta. Jos sinulla on ongelmia saada tämä toimimaan sinulle, jätä kysymyksesi kommenttiosioon tai käytä foorumia saadaksesi lisää teknistä apua.