Hvordan måle verdien av induktor eller kondensator ved hjelp av oscilloskop - resonansfrekvensmetode

Motstander, induktorer og kondensatorer er de mest brukte passive komponentene i nesten alle elektronikkretser. Av disse tre blir verdien av motstander og kondensatorer ofte markert på toppen av den enten som motstandsfargekode eller som numerisk markering. Motstanden og kapasitansen kan også måles med vanlig multimeter. Men de fleste av induktorene, spesielt ferritkjernene og luftkjernene av en eller annen grunn, ser ikke ut til å ha noen form for markering på dem. Dette blir ganske irriterende når du må velge riktig verdi av induktor for kretsdesignen eller har berget en fra en gammel elektronisk kretskort og ønsket å vite verdien av den.

En direkte løsning på dette problemet er å bruke en LCR-måler som kan måle verdien på induktoren, kondensatoren eller motstanden og vise den direkte. Men ikke alle har en LCR-måler hendig med seg, så i denne artikkelen kan vi lære hvordan vi bruker et oscilloskop for å måle verdien av induktor eller kondensator ved hjelp av en enkel krets og enkle beregninger. Selvfølgelig, hvis du trenger en mer rask og robust måte å gjøre det på, kan du også bygge din egen LC-meter som bruker samme teknikk sammen med en ekstra MCU for å lese verdien på displayet.

Nødvendig materiale

• Oscilloskop
• Signalgenerator eller enkelt PWM-signal fra Arduino eller annen MCU
• Diode
• Kjent kondensator (0.1uf, 0.01uf, 1uf)
• Motstand (560 ohm)
• Kalkulator

For å måle verdien av ukjent induktor eller kondensator må vi bygge en enkel krets som kalles tankkretsen. Denne kretsen kan også kalles LC-krets eller resonanskrets eller innstilt krets. En tankkrets er en krets der vi vil ha en induktor og kondensator koblet parallelt til hverandre, og når kretsen får strøm vil spenningen og strømmen over resonere med en frekvens som kalles resonansfrekvens. La oss forstå hvordan dette skjer før vi går videre.

Hvordan fungerer en tankkrets?

Som tidligere fortalt består en typisk tankkrets bare av en induktor og kondensator koblet parallelt. Kondensatoren er en enhet som består av bare to parallelle plater som er i stand til å lagre energi i elektrisk felt og en induktor er en spole såret over et magnetisk materiale som også er i stand til å lagre energi i magnetfeltet.

Når kretsen får strøm, blir kondensatoren ladet, og når strømmen er fjernet, tømmer kondensatoren sin energi i induktoren. Når kondensatoren tapper energien inn i induktoren, blir induktoren ladet og vil bruke energien til å skyve strømmen tilbake i kondensatoren i motsatt polaritet, slik at kondensatoren blir ladet igjen. Husk at induktorer og kondensatorer endrer polaritet når de lades og tømmes. På denne måten vil spenningen og strømmen svinge frem og tilbake og skape en resonans som vist i GIF-bildet ovenfor.

Men dette kan ikke skje for alltid, fordi hver gang kondensatoren eller induktoren lader og tømmer noe energi (spenning) går tapt på grunn av ledningens motstand eller som magnetisk energi, og sakte vil størrelsen på resonansfrekvensen forsvinne som vist nedenfor. bølgeform.

Når vi får dette signalet på vårt omfang, kan vi måle frekvensen til dette signalet, som ikke er noe annet enn resonansfrekvensen, så kan vi bruke formlene nedenfor for å beregne verdien av induktor eller kondensator.

FR = 1 / / 2π √LC

I de ovenfor angitte formler F _R er resonansfrekvensen, og hvis vi kjenner verdien av kondensatoren kan vi beregne verdien av spole og likeledes vi kjenner verdien av induktoren kan vi beregne verdien av kondensatoren.

Oppsett for måling av induktans og kapasitans

Nok teori, la oss nå bygge kretsen på et brødbrett. Her har jeg en induktor hvis verdi jeg skal finne ut ved å bruke en kjent induktor. Kretsoppsettet som jeg bruker her er vist nedenfor

Kondensatoren C1 og induktor L1 danner tankkretsen, Diode D1 brukes til å forhindre at strømmen kommer inn i PWM-signalkilden og motstanden 560 ohm brukes til å begrense strømmen gjennom kretsen. Her har jeg brukt min Arduino til å generere PWM-bølgeform med variabel frekvens, du kan bruke en funksjonsgenerator hvis du har en eller bare bruke et PWM-signal. Omfanget er koblet over tankens krets. Min maskinvareoppsett så ut som nedenfor når kretsen var ferdig. Du kan også se min ukjente tørre kjerneinduktor her

Slå nå opp kretsen ved hjelp av PWM-signalet og følg et resonanssignal på omfanget. Du kan prøve å endre verdien på kondensatoren hvis du ikke får et klart resonansfrekvenssignal, vanligvis bør 0,1uF kondensator fungere for de fleste induktorer, men du kan også prøve med lavere verdier som 0.01uF. Når du har fått resonansfrekvensen, bør den se ut slik.

Hvordan måler man resonansfrekvens med oscilloskop?

For noen mennesker vil kurven vises som sådan, for andre må du kanskje justere litt. Forsikre deg om at områdesonden er satt til 10 ganger siden vi trenger frakoblingskondensatoren. Still også tidsinndelingen på 20us eller mindre, og senk deretter størrelsen til mindre enn 1V. Prøv nå å øke PWM-signalets frekvens. Hvis du ikke har en bølgeformgenerator, prøv å redusere verdien på kondensatoren til du merker resonansfrekvensen. Når du har fått resonansfrekvensen, sett omfanget i en enkelt sekvens. modus for å få en klar bølgeform som vist ovenfor.

Etter å ha fått signalet må vi måle frekvensen til dette signalet. Som du kan se, dør signalets størrelse etter hvert som tiden øker, slik at vi kan velge en hel syklus av signalet. Noen omfang kan ha en målemodus for å gjøre det samme, men her vil jeg vise deg hvordan du bruker markøren. Plasser den første markørlinjen på starten av sinusbølgen og den andre markøren på slutten av sinusbølgen som vist nedenfor for å måle frekvensen. I mitt tilfelle var tidsperioden som fremhevet i bildet nedenfor. Mitt omfang viser også frekvensen, men bare for å tenke på tidsperioden, kan du også bruke graflinjene og tidsdelingsverdien for å finne tidsperioden hvis omfanget ikke viser det.

Vi har bare målt tidsperioden for signalet, for å vite hvor ofte vi bare kan bruke formlene

F = 1 / T

Så i vårt tilfelle er verdien av tidsperioden 29,5uS som er 29,5 × ^10-6. Så frekvensen vil være

F = 1 / (29,5 × ^10-6) = 33,8 KHz

Nå har vi resonansfrekvensen som 33,8 × 10 ³ Hz og verdien av kondensatoren som 0,1 uF som er 0,1 × ^10-6 F som erstatter alt dette i formlene vi får

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

Å løse for L får vi

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

Verdien til ukjent induktor beregnes til å være 220uH, og du kan også beregne verdien på kondensatoren ved å bruke en kjent induktor. Jeg prøvde det også med få andre kjente induktorverdier, og de ser ut til å fungere bra. Du kan også finne hele arbeidet i videoen vedlagt nedenfor.

Håper du forsto artikkelen og lærte noe nytt. Hvis du har problemer med å få dette til å fungere for deg, kan du legge igjen spørsmålene dine i kommentarseksjonen eller bruke forumet for mer teknisk hjelp.