Sådan måles værdien af ​​induktor eller kondensator ved hjælp af oscilloskop - resonansfrekvensmetode

Modstande, induktorer og kondensatorer er de mest anvendte passive komponenter i næsten alle elektroniske kredsløb. Ud af disse tre er værdien af ​​modstande og kondensatorer ofte markeret oven på den enten som modstandsfarvekode eller som numerisk markering. Modstanden og kapacitansen kan også måles ved hjælp af et normalt multimeter. Men de fleste induktorer, især ferritkernerne og luftkernerne af en eller anden grund synes ikke at have nogen form for markering på dem. Dette bliver ret irriterende, når du skal vælge den rigtige værdi af induktoren til dit kredsløbsdesign eller har reddet en fra et gammelt elektronisk printkort og ønsket at vide værdien af ​​det.

En direkte løsning på dette problem er at bruge et LCR-meter, der kan måle induktoren, kondensatoren eller modstanden og vise den direkte. Men ikke alle har en LCR-måler praktisk med sig, så i denne artikel kan vi lære, hvordan vi bruger et oscilloskop til at måle værdien af ​​induktor eller kondensator ved hjælp af et simpelt kredsløb og nemme beregninger. Selvfølgelig, hvis du har brug for en mere hurtig og robust måde at gøre det på, kan du også bygge din egen LC-meter, der bruger den samme teknik sammen med en ekstra MCU til at læse displayets værdi.

Nødvendige materialer

• Oscilloskop
• Signalgenerator eller simpelt PWM-signal fra Arduino eller andet MCU
• Diode
• Kendt kondensator (0.1uf, 0.01uf, 1uf)
• Modstand (560 ohm)
• Lommeregner

For at måle værdien af ​​ukendt induktor eller kondensator er vi nødt til at bygge et simpelt kredsløb kaldet tankkredsløbet. Dette kredsløb kan også kaldes som LC kredsløb eller Resonant kredsløb eller Tunet kredsløb. Et tankkredsløb er kredsløb, hvor vi vil have en induktor og kondensator tilsluttet parallelt med hinanden, og når kredsløbet får strøm, spænding og strøm på tværs af det resonerer med en frekvens kaldet resonansfrekvens. Lad os forstå, hvordan dette sker, før vi går videre.

Hvordan fungerer et tankkredsløb?

Som tidligere fortalt består et typisk tankkredsløb bare af en induktor og kondensator, der er forbundet parallelt. Kondensatoren er en enhed, der består af kun to parallelle plader, der er i stand til at lagre energi i elektrisk felt, og en induktor er en spole, der er såret over et magnetisk materiale, som også er i stand til at lagre energi i magnetfeltet.

Når kredsløbet får strøm, kondensatoren bliver ladet, og når strømmen fjernes, udleder kondensatoren sin energi til induktoren. På det tidspunkt, hvor kondensatoren dræner sin energi ind i induktoren, bliver induktoren ladet og vil bruge sin energi til at skubbe strømmen tilbage i kondensatoren i modsat polaritet, så kondensatoren bliver ladet igen. Husk, at induktorer og kondensatorer skifter polaritet, når de oplades og aflades. På denne måde ville spændingen og strømmen svinge frem og tilbage og skabe en resonans som vist i GIF-billedet ovenfor.

Men dette kan ikke ske for evigt, fordi hver gang kondensatoren eller induktoren oplader og aflader noget energi (spænding) går tabt på grund af ledningens modstand eller som magnetisk energi og langsomt ville resonansfrekvensens størrelse falme væk som vist i nedenstående bølgeform.

Når vi først får dette signal på vores rækkevidde, kan vi måle frekvensen af ​​dette signal, som kun er resonansfrekvensen, så kan vi bruge nedenstående formler til at beregne værdien af ​​induktor eller kondensator.

FR = 1 / / 2π √LC

I de ovennævnte formler F _R er resonansfrekvensen, og derefter, hvis vi kender værdien af kondensatoren kan vi beregne værdien af Inductor og tilsvarende vi kender værdien af induktoren kan vi beregne værdien af kondensator.

Opsætning til måling af induktans og kapacitans

Nok teori, lad os nu bygge kredsløbet på et brødbræt. Her har jeg en induktor, hvis værdi jeg skal finde ud af ved hjælp af en kendt induktorværdi. Det kredsløbskonfiguration, som jeg bruger her, er vist nedenfor

Kondensatoren C1 og induktor L1 danner tankkredsløbet, Diode D1 bruges til at forhindre strømmen i at komme tilbage i PWM-signalkilden, og modstanden 560 ohm bruges til at begrænse strømmen gennem kredsløbet. Her har jeg brugt min Arduino til at generere PWM-bølgeform med variabel frekvens, du kan bruge en funktionsgenerator, hvis du har en eller blot bruge et PWM-signal. Omfanget er forbundet på tværs af tankens kredsløb. Min hardwareopsætning lignede nedenfor, når kredsløbet var færdigt. Du kan også se min ukendte tørre kerneinduktor her

Tænd nu kredsløbet ved hjælp af PWM-signalet og observer for et resonanssignal på omfanget. Du kan prøve at ændre værdien på kondensatoren, hvis du ikke får et klart resonansfrekvenssignal, normalt skal 0.1uF kondensator fungere for de fleste induktorer, men du kan også prøve med lavere værdier som 0.01uF. Når du har fået resonansfrekvensen, skal den se sådan ud.

Hvordan måles resonansfrekvens med oscilloskop?

For nogle mennesker vises kurven som sådan, for andre bliver du muligvis nødt til at finjustere lidt. Sørg for, at omfangssonden er sat til 10x, da vi har brug for afkoblingskondensatoren. Indstil også tidsopdelingen til 20us eller mindre, og reducer derefter størrelsen til mindre end 1V. Prøv nu at øge frekvensen af ​​PWM-signalet. Hvis du ikke har en bølgeformgenerator, så prøv at sænke kondensatorens værdi, indtil du bemærker resonansfrekvensen. Når du har fået resonansfrekvensen, skal du sætte omfanget i en enkelt sekvens. tilstand for at få en klar bølgeform som den, der er vist ovenfor.

Efter at have modtaget signalet skal vi måle frekvensen af ​​dette signal. Som du kan se, dør signalets størrelse, når tiden stiger, så vi kan vælge en hvilken som helst komplet cyklus af signalet. Noget omfang kan have en målemetode til at gøre det samme, men her vil jeg vise dig, hvordan du bruger markøren. Placer den første markørlinie ved starten af ​​sinusbølgen og den anden markør ved slutningen af ​​sinusbølgen som vist nedenfor for at måle frekvensperioden. I mit tilfælde var tidsperioden som fremhævet på nedenstående billede. Mit omfang viser også frekvensen, men til læringsformål skal du bare overveje tidsperioden, du kan også bruge graflinjerne og tidsdelingsværdien til at finde tidsperioden, hvis dit omfang ikke viser det.

Vi har kun målt signalets tidsperiode for at kende, hvor ofte vi kan bruge formlerne

F = 1 / T

Så i vores tilfælde er værdien af ​​tidsperioden 29,5uS, som er 29,5 × ^10-6. Så frekvensen vil være

F = 1 / (29,5 × ^10-6) = 33,8 KHz

Nu har vi resonansfrekvensen som 33,8 × 10 ³ Hz og værdien af kondensatoren som 0.1UF som er 0,1 x 10 ^-6 F substituere alt dette i formlerne vi får

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

Løsning for L får vi

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

Så værdien af ​​ukendt induktor beregnes til at være 220uH, ligesom du også kan beregne værdien af ​​kondensator ved hjælp af en kendt induktor. Jeg prøvede det også med få andre kendte induktorværdier, og de ser ud til at fungere fint. Du kan også finde det komplette arbejde i videoen vedhæftet nedenfor.

Håber du forstod artiklen og lærte noget nyt. Hvis du har problemer med at få dette til at fungere for dig, skal du lade dine spørgsmål være i kommentarsektionen eller bruge forummet til mere teknisk hjælp.