- Materiale necesare
- Cum funcționează un circuit de tancuri?
- Set-up pentru măsurarea inductanței și capacității
- Cum se măsoară frecvența de rezonanță cu osciloscopul?
Rezistoarele, inductoarele și condensatoarele sunt cele mai utilizate componente pasive în aproape toate circuitele electronice. Dintre acestea trei, valoarea rezistențelor și condensatoarelor este marcată în mod obișnuit fie ca cod de culoare a rezistorului, fie ca marcare numerică. De asemenea, rezistența și capacitatea pot fi, de asemenea, măsurate folosind un multimetru normal. Dar majoritatea inductoarelor, în special cele cu ferită și cele cu aer, din anumite motive, nu par să aibă niciun fel de marcaj pe ele. Acest lucru devine destul de enervant atunci când trebuie să selectați valoarea corectă a inductorului pentru proiectarea circuitului dvs. sau dacă ați recuperat unul dintr-un PCB electronic vechi și ați dorit să știți valoarea acestuia.
O soluție directă pentru această problemă este utilizarea unui contor LCR care ar putea măsura valoarea inductorului, condensatorului sau rezistorului și să-l afișeze direct. Dar nu toată lumea are la îndemână un contor LCR, așa că în acest articol ne permite să învățăm cum să folosim un osciloscop pentru a măsura valoarea inductorului sau condensatorului folosind un circuit simplu și calcule ușoare. Desigur, dacă aveți nevoie de un mod mai rapid și mai robust de a face acest lucru, vă puteți construi propriul contor LC care utilizează aceeași tehnică împreună cu un MCU suplimentar pentru a citi afișarea valorii.
Materiale necesare
- Osciloscop
- Generator de semnal sau semnal simplu PWM de la Arduino sau alt MCU
- Diodă
- Condensator cunoscut (0,1uf, 0,01uf, 1uf)
- Rezistor (560 ohm)
- Calculator
Pentru a măsura valoarea inductorului sau condensatorului necunoscut, trebuie să construim un circuit simplu numit circuit rezervor. Acest circuit poate fi denumit și ca circuit LC sau circuit rezonant sau circuit acordat. Un circuit de rezervor este un circuit în care vom avea un inductor și un condensator conectați în paralel unul cu celălalt și când circuitul este alimentat, tensiunea și curentul din acesta vor rezona la o frecvență numită frecvență de rezonanță. Să înțelegem cum se întâmplă acest lucru înainte de a merge mai departe.
Cum funcționează un circuit de tancuri?
După cum am spus mai devreme, un circuit tipic de rezervor constă doar dintr-un inductor și condensator conectat în paralel. Condensatorul este un dispozitiv format din doar două plăci paralele, care este capabil să stocheze energie în câmp electric și un inductor este o bobină înfășurată peste un material magnetic care este, de asemenea, capabil să stocheze energie în câmp magnetic.
Când circuitul este alimentat, condensatorul se încarcă și apoi, când puterea este eliminată, condensatorul își descarcă energia în inductor. Până când condensatorul își scurge energia în inductor, inductorul se încarcă și își va folosi energia pentru a împinge curentul înapoi în condensator în polaritate opusă, astfel încât condensatorul să fie încărcat din nou. Amintiți-vă că inductoarele și condensatoarele schimbă polaritatea atunci când se încarcă și se descarcă. În acest fel, tensiunea și curentul ar oscila înainte și înapoi, creând o rezonanță așa cum se arată în imaginea GIF de mai sus.
Dar acest lucru nu se poate întâmpla pentru totdeauna, deoarece, de fiecare dată când condensatorul sau inductorul se încarcă și descarcă o anumită energie (tensiune) se pierde din cauza rezistenței firului sau ca energie magnetică și încet magnitudinea frecvenței de rezonanță se va estompa așa cum se arată în cele de mai jos forma de undă.
Odată ce obținem acest semnal în scopul nostru, putem măsura frecvența acestui semnal, care nu este altceva decât frecvența rezonantă, apoi putem folosi formulele de mai jos pentru a calcula valoarea inductorului sau condensatorului.
FR = 1 / / 2π √LC
În formulele de mai sus F R este frecvența de rezonanță, și apoi, dacă știm valoarea condensator putem calcula valoarea Inductor și în mod similar cunoaștem valoarea inductor putem calcula valoarea condensator.
Set-up pentru măsurarea inductanței și capacității
Destul de teorie, acum să începem să construim circuitul pe o placă de calcul. Aici am un inductor a cărui valoare ar trebui să o aflu folosind o valoare cunoscută a inductorului. Configurarea circuitului pe care o folosesc aici este prezentată mai jos
Condensatorul C1 și Inductor L1 formează circuitul rezervorului, dioda D1 este utilizată pentru a împiedica intrarea curentului înapoi în sursa de semnal PWM și rezistorul 560 ohmi este utilizat pentru limitarea curentului prin circuit. Aici mi-am folosit Arduino pentru a genera forma de undă PWM cu frecvență variabilă, puteți utiliza un generator de funcții dacă aveți unul sau pur și simplu utilizați orice semnal PWM. Obiectivul este conectat pe circuitul rezervorului. Configurarea hardware-ului meu arăta ca mai jos odată ce circuitul a fost finalizat. Puteți vedea, de asemenea, aici inductorul meu nucleu torrid
Acum porniți circuitul utilizând semnalul PWM și observați un semnal de rezonanță pe lunetă. Puteți încerca să schimbați valoarea condensatorului dacă nu obțineți un semnal clar de frecvență de rezonanță, de obicei condensatorul 0.1uF ar trebui să funcționeze pentru majoritatea inductoarelor, dar puteți încerca și cu valori mai mici, cum ar fi 0.01uF. Odată ce obțineți frecvența de rezonanță, ar trebui să arate cam așa.
Cum se măsoară frecvența de rezonanță cu osciloscopul?
Pentru unii oameni curba va apărea ca atare, pentru alții s-ar putea să trebuiască să modificați puțin. Asigurați-vă că sonda de scop este setată la 10x, deoarece avem nevoie de condensatorul de decuplare. De asemenea, setați împărțirea timpului la 20us sau mai puțin și apoi micșorați magnitudinea la mai puțin de 1V. Acum, încercați să măriți frecvența semnalului PWM, dacă nu aveți un generator de formă de undă, atunci încercați să reduceți valoarea condensatorului până când observați frecvența de rezonanță. Odată ce obțineți frecvența de rezonanță, puneți domeniul de aplicare într-o singură secvență. pentru a obține o formă de undă clară ca cea de mai sus.
După obținerea semnalului, trebuie să măsurăm frecvența acestui semnal. După cum puteți vedea, magnitudinea semnalului dispare odată cu creșterea timpului, astfel încât să putem selecta orice ciclu complet al semnalului. Unele scopuri ar putea avea un mod de măsurare pentru a face același lucru, dar aici vă voi arăta cum să utilizați cursorul. Așezați prima linie a cursorului la începutul undei sinusoidale și al doilea cursor la sfârșitul undei sinusoidale așa cum se arată mai jos pentru a măsura perioada frecvenței. În cazul meu, perioada de timp a fost cea evidențiată în imaginea de mai jos. Scopul meu afișează, de asemenea, frecvența, dar în scop de învățare, trebuie doar să luați în considerare perioada de timp, de asemenea, puteți utiliza liniile grafice și valoarea diviziunii de timp pentru a găsi perioada de timp, în cazul în care sfera dvs. nu o afișează.
Am măsurat doar perioada de timp a semnalului, pentru a cunoaște frecvența, putem folosi pur și simplu formulele
F = 1 / T
Deci, în cazul nostru, valoarea perioadei de timp este 29,5uS, adică 29,5 × 10 -6. Deci valoarea frecvenței va fi
F = 1 / (29,5 × 10 -6) = 33,8 KHz
Acum avem frecvența de rezonanță ca 33,8 × 10 3 Hz și valoarea condensatorului ca 0,1uF, care este 0,1 × 10 -6 F, înlocuind toate acestea în formulele pe care le obținem
FR = 1 / 2π √LC 33,8 × 10 3 = 1 / 2π √L (0,1 x 10 -6)
Rezolvând pentru L obținem
L = (1 / (2π x 33,8 x 10 3) 2 / 0,1 × 10 -6 = 2,219 × 10 -4 = 221 × 10 -6 L ~ = 220 uH
Deci, valoarea inductorului necunoscut este calculată a fi 220uH, în mod similar, puteți calcula și valoarea condensatorului utilizând un inductor cunoscut. Am încercat, de asemenea, cu alte câteva valori ale inductorului cunoscute și se pare că funcționează foarte bine. Puteți găsi, de asemenea, lucrările complete în videoclipul atașat mai jos.
Sper că ai înțeles articolul și ai învățat ceva nou. Dacă aveți vreo problemă în a face acest lucru să funcționeze pentru dvs., lăsați întrebările dvs. în secțiunea de comentarii sau utilizați forumul pentru mai mult ajutor tehnic.