Как да се измери стойността на индуктор или кондензатор с помощта на осцилоскоп - метод с резонансна честота

Резисторите, индукторите и кондензаторите са най-често използваните пасивни компоненти в почти всяка електронна схема. От тези три стойността на резисторите и кондензаторите обикновено се маркират отгоре му или като цветен код на резистора, или като цифрова маркировка. Също така съпротивлението и капацитетът също могат да бъдат измерени с помощта на нормален мултиметър. Но повечето индуктори, особено феритовите и въздушните, по някаква причина изглежда нямат никакви маркировки върху тях. Това става доста досадно, когато трябва да изберете правилната стойност на индуктора за вашия дизайн на веригата или сте спасили такъв от стара електронна платка и искате да знаете стойността на това.

Прямото решение на този проблем е да се използва LCR метър, който може да измери стойността на индуктора, кондензатора или резистора и да го покаже директно. Но не всеки има LCR метър под ръка със себе си, така че в тази статия ни позволява да се научим как да използваме осцилоскоп за измерване на стойността на индуктор или кондензатор с помощта на проста схема и лесни изчисления. Разбира се, ако имате нужда от по-бърз и стабилен начин да го направите, можете също да създадете свой собствен LC метър, който използва същата техника заедно с допълнителен MCU за отчитане на стойността на дисплея.

Необходими материали

• Осцилоскоп
• Генератор на сигнали или обикновен ШИМ сигнал от Arduino или друг MCU
• Диод
• Известен кондензатор (0.1uf, 0.01uf, 1uf)
• Резистор (560 ома)
• Калкулатор

За да измерим стойността на неизвестен индуктор или кондензатор, трябва да изградим проста схема, наречена резервоарна верига. Тази верига може също да се нарече LC верига или резонансна верига или настроена верига. Резервоарна верига е верига, в която ще имаме индуктор и кондензатор, свързани паралелно един на друг и когато веригата се захранва, напрежението и токът в нея ще резонират с честота, наречена резонираща честота. Нека разберем как се случва това, преди да продължим напред.

Как работи резервоарната верига?

Както беше казано по-рано, типичната верига на резервоара се състои само от индуктор и кондензатор, свързани паралелно. Кондензаторът е устройство, състоящо се само от две успоредни плочи, което е в състояние да съхранява енергия в електрическо поле, а индуктор е намотка, навита върху магнитен материал, който също е в състояние да съхранява енергия в магнитно поле.

Когато веригата се захранва, кондензаторът се зарежда и след това, когато мощността се отстранява, кондензаторът разтоварва енергията си в индуктора. По времето, когато кондензаторът източи енергията си в индуктора, индукторът се зарежда и би използвал енергията си, за да изтласка тока обратно в кондензатора с противоположна полярност, така че кондензаторът да се зареди отново. Не забравяйте, че индукторите и кондензаторите променят полярността, когато се зареждат и разреждат. По този начин напрежението и токът ще се люлеят напред-назад, създавайки резонанс, както е показано на GIF изображението по-горе.

Но това не може да се случи завинаги, защото всеки път, когато кондензаторът или индукторът се зарежда и разрежда, част от енергията (напрежението) се губи поради съпротивлението на проводника или като магнитна енергия и бавно величината на резонансната честота ще изчезне, както е показано по-долу форма на вълната.

След като получим този сигнал в обхвата си, можем да измерим честотата на този сигнал, която не е нищо друго освен резонансната честота, тогава можем да използваме формулите по-долу, за да изчислим стойността на индуктора или кондензатора.

FR = 1 / / 2π √LC

В горните формули F _R е резонансната честота и след това, ако знаем стойността на кондензатора, можем да изчислим стойността на индуктора и по същия начин знаем стойността на индуктора, можем да изчислим стойността на кондензатора.

Настройка за измерване на индуктивност и капацитет

Стига теория, сега нека да изградим веригата на макет. Тук имам индуктор, чиято стойност трябва да разбера, като използвам известна стойност на индуктор. Схемата, която използвам тук, е показана по-долу

Кондензаторът С1 и индуктор L1 образуват веригата на резервоара, Диодът D1 се използва за предотвратяване на постъпването на тока обратно в ШИМ източника на сигнал, а резисторът 560 ома се използва за ограничаване на тока през веригата. Тук използвах моя Arduino за генериране на PWM форма на вълната с променлива честота, можете да използвате генератор на функции, ако имате такъв, или просто да използвате какъвто и да е PWM сигнал. Обхватът е свързан през веригата на резервоара. Моята хардуерна настройка изглеждаше по-долу, след като веригата беше завършена. Тук можете да видите и моя неизвестен индуктор с торична сърцевина

Сега включете веригата, като използвате ШИМ сигнала и наблюдавайте за резонансен сигнал на обхвата. Можете да опитате да промените стойността на кондензатора, ако не получите ясен резонансен честотен сигнал, обикновено 0.1uF кондензатор трябва да работи за повечето индуктори, но можете да опитате и с по-ниски стойности като 0.01uF. След като получите резонансната честота, тя трябва да изглежда по следния начин.

Как да се измери резонансната честота с осцилоскоп?

За някои хора кривата ще изглежда като такава, за други може да се наложи да промените малко. Уверете се, че сондата за обхват е настроена на 10x, тъй като се нуждаем от разединяващия кондензатор. Също така задайте разделяне на времето на 20us или по-малко и след това намалете магнитуда до по-малко от 1V. Сега опитайте да увеличите честотата на ШИМ сигнала, ако нямате генератор на форма на вълната, опитайте да намалите стойността на кондензатора, докато забележите резонансната честота. След като получите резонансната честота, поставете обхвата в единични sq. режим, за да получите ясна форма на вълната като показаната по-горе.

След получаване на сигнала трябва да измерим честотата на този сигнал. Както можете да видите, големината на сигнала отшумява с увеличаване на времето, така че можем да изберем всеки един пълен цикъл на сигнала. Някой обхват може да има режим на измерване, за да направи същото, но тук ще ви покажа как да използвате курсора. Поставете първия ред на курсора върху началото на синусоида, а вторият курсор върху края на синусоидата, както е показано по-долу, за да измерите периода на честотата. В моя случай периодът от време беше подчертан на снимката по-долу. Моят обхват също показва честотата, но за учебна цел просто вземете предвид периода от време, можете също да използвате графичните линии и стойността на разделението на времето, за да намерите периода, ако вашият обхват не го показва.

Измерихме само времевия период на сигнала, за да знаем честотата, можем просто да използваме формулите

F = 1 / T

Така че в нашия случай стойността на периода от време е 29,5uS, което е 29,5 × 10 ^-6. Така че стойността на честотата ще бъде

F = 1 / (29,5 × 10 ^-6) = 33,8 KHz

Сега имаме резонансната честота като 33,8 × 10 ³ Hz и стойността на кондензатора като 0,1uF, което е 0,1 × 10 ^-6 F, замествайки всичко това във формулите, които получаваме

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

Решаване на L получаваме

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

И така, стойността на неизвестния индуктор се изчислява на 220uH, по същия начин можете също да изчислите стойността на кондензатора, като използвате известна индуктивност. Също така го опитах с няколко други известни стойности на индуктора и изглежда, че те работят добре. Пълната работа можете да намерите и във видеото, приложено по-долу.

Надявам се, че сте разбрали статията и сте научили нещо ново. Ако имате някакъв проблем да накарате това да работи за вас, оставете въпросите си в раздела за коментари или използвайте форума за повече техническа помощ.