Kako izmjeriti vrijednost prigušnice ili kondenzatora pomoću osciloskopa - metoda rezonantne frekvencije

Otpornici, prigušnice i kondenzatori najčešće su korištene pasivne komponente u gotovo svakom elektroničkom krugu. Od ove tri vrijednosti na njima se obično označavaju otpornici i kondenzatori ili kao kod boje otpornika ili kao numerička oznaka. Također se otpor i kapacitivnost mogu izmjeriti pomoću normalnog multimetra. No, većina induktora, posebno feritnih i zračnih, iz nekog razloga, čini se, nema nikakve oznake na sebi. To postaje prilično neugodno kada morate odabrati pravu vrijednost induktora za svoj dizajn kruga ili ste ga spasili sa starog elektroničkog PCB-a i htjeli znati njegovu vrijednost.

Izravno rješenje za ovaj problem je upotreba LCR mjerača koji može izmjeriti vrijednost prigušnice, kondenzatora ili otpornika i izravno ga prikazati. No, nisu svima pri ruci LCR mjerači, pa nam u ovom članku omogućuje da naučimo kako pomoću osciloskopa mjeriti vrijednost prigušnice ili kondenzatora pomoću jednostavnog kruga i lakih izračuna. Naravno, ako vam je potreban brži i robusniji način, možete izraditi vlastiti LC mjerač koji koristi istu tehniku ​​zajedno s dodatnim MCU za očitavanje vrijednosti zaslona.

Potrebni materijali

• Osciloskop
• Generator signala ili jednostavni PWM signal iz Arduina ili drugog MCU-a
• Dioda
• Poznati kondenzator (0,1uf, 0,01uf, 1uf)
• Otpornik (560 ohma)
• Kalkulator

Da bismo izmjerili vrijednost nepoznatog induktora ili kondenzatora moramo izgraditi jednostavan krug koji se naziva spremnički krug. Ovaj se krug može nazvati i LC krugom ili rezonantnim krugom ili podešenim krugom. Spremnički krug je krug u kojem ćemo imati prigušnicu i kondenzator spojene paralelno jedni s drugima, a kada se krug napaja, napon i struja na njemu će rezonirati na frekvenciji koja se naziva rezonantna frekvencija. Shvatimo kako se to događa prije nego što krenemo naprijed.

Kako funkcionira spremnički krug?

Kao što je ranije rečeno, tipični krug spremnika sastoji se od paralelno spojenih induktora i kondenzatora. Kondenzator je uređaj koji se sastoji od samo dvije paralelne ploče koji je sposoban pohraniti energiju u električnom polju, a induktor je zavojnica namotana na magnetski materijal koji je također sposoban pohraniti energiju u magnetskom polju.

Kad se krug napaja, kondenzator se napuni, a kad se struja ukloni, kondenzator prazni svoju energiju u induktor. Do trenutka kada kondenzator istroši energiju u induktor, induktor se napuni i iskoristio bi svoju energiju za potiskivanje struje natrag u kondenzator u suprotnom polaritetu, tako da se kondenzator ponovno napuni. Ne zaboravite da prigušnice i kondenzatori mijenjaju polaritet kad se pune i prazne. Na taj način napon i struja bi se njihali naprijed-natrag stvarajući rezonanciju kao što je prikazano na gornjoj GIF slici.

Ali to se ne može dogoditi zauvijek, jer svaki put kad se kondenzator ili induktor napuni i isprazni, neka energija (napon) se izgubi zbog otpora žice ili zbog magnetske energije i polako bi veličina rezonancijske frekvencije nestala kao što je prikazano u nastavku valni oblik.

Jednom kad dobijemo ovaj signal u opseg, možemo izmjeriti frekvenciju ovog signala koja nije ništa drugo do rezonantna frekvencija, a zatim možemo koristiti donje formule za izračunavanje vrijednosti induktora ili kondenzatora.

FR = 1 / / 2π √LC

U gornjim formulama F _R je rezonantna frekvencija, a onda ako znamo vrijednost kondenzatora možemo izračunati vrijednost induktora, a slično znamo i vrijednost induktora, možemo izračunati vrijednost kondenzatora.

Postrojenje za mjerenje induktivnosti i kapacitivnosti

Dosta teorije, idemo sada graditi sklop na ploči. Ovdje imam induktor čiju bih vrijednost trebao saznati pomoću poznate vrijednosti induktora. Postavljanje sklopa koje ovdje koristim prikazano je u nastavku

Kondenzator C1 i prigušnica L1 čine krug spremnika, Dioda D1 služi za sprečavanje povratka struje u izvor PWM signala, a otpornik 560 ohma služi za ograničavanje struje kroz krug. Ovdje sam koristio svoj Arduino za generiranje PWM valnog oblika s promjenjivom frekvencijom, možete koristiti generator funkcija ako ga imate ili jednostavno upotrijebiti bilo koji PWM signal. Opseg je povezan preko kruga spremnika. Moja hardverska postavka izgledala je kao u nastavku kad je krug završen. Ovdje možete vidjeti i moj nepoznati induktor torridne jezgre

Sada uključite strujni krug pomoću PWM signala i promatrajte postoji li rezonancijski signal na opsegu. Možete pokušati promijeniti vrijednost kondenzatora ako ne dobijete jasan signal rezonancijske frekvencije, obično 0.1uF kondenzator treba raditi za većinu prigušnica, ali možete pokušati i s nižim vrijednostima kao što je 0.01uF. Jednom kad dobijete rezonantnu frekvenciju, to bi trebalo izgledati otprilike ovako.

Kako izmjeriti rezonantnu frekvenciju osciloskopom?

Za neke će se ljude krivulja pojaviti kao takva, za druge ćete se možda morati malo prilagoditi. Provjerite je li sonda opsega postavljena na 10x jer nam treba kondenzator za odvajanje. Također postavite vremensku podjelu na 20us ili manje, a zatim smanjite veličinu na manje od 1V. Pokušajte sada povećati frekvenciju PWM signala, ako nemate generator valnog oblika, pokušajte smanjivati ​​vrijednost kondenzatora dok ne primijetite rezonantnu frekvenciju. Jednom kad dobijete rezonantnu frekvenciju, stavite opseg u jedne sekvence. način za dobivanje jasnog valnog oblika poput gore prikazanog.

Nakon dobivanja signala moramo izmjeriti frekvenciju ovog signala. Kao što vidite, veličina signala odumire kako se vrijeme povećava, tako da možemo odabrati bilo koji cjeloviti ciklus signala. Neki opseg može imati način mjerenja da učini isto, ali ovdje ću vam pokazati kako koristiti pokazivač. Postavite prvu liniju kursora na početak sinusnog vala, a drugu kursor na kraj sinusnog vala kao što je prikazano dolje da izmjerite razdoblje frekvencije. U mom slučaju vremensko razdoblje bilo je istaknuto na donjoj slici. Moj opseg također prikazuje učestalost, ali u svrhu učenja samo uzmite u obzir vremensko razdoblje, također možete koristiti linije grafikona i vrijednost podjele vremena kako biste pronašli vremensko razdoblje ako ga vaš opseg ne prikazuje.

Izmjerili smo samo vremensko razdoblje signala, kako bismo znali frekvenciju, jednostavno možemo koristiti formule

F = 1 / T

Dakle, u našem slučaju vrijednost vremenskog razdoblja je 29,5uS što je 29,5 × 10 ^-6. Tako će vrijednost frekvencije biti

F = 1 / (29,5 × 10 ^-6) = 33,8 KHz

Sada imamo rezonantnu frekvenciju kao 33,8 × 10 ³ Hz i vrijednost kondenzatora kao 0,1uF što je 0,1 × 10 ^-6 F zamjenjujući sve ovo u formulama koje dobivamo

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

Rješavanje za L dobivamo

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

Dakle, vrijednost nepoznatog induktora izračunava se na 220uH, slično također možete izračunati vrijednost kondenzatora pomoću poznatog induktora. Pokušao sam i s nekoliko drugih poznatih vrijednosti induktora i čini se da one sasvim dobro rade. Kompletni rad također možete pronaći u video prilogu ispod.

Nadam se da ste razumjeli članak i naučili nešto novo. Ako imate bilo kakav problem da ovo uspije za vas, ostavite svoja pitanja u odjeljku za komentare ili koristite forum za više tehničke pomoći.