Як виміряти значення індуктивності або конденсатора за допомогою осцилографа - метод резонансної частоти

Резистори, індуктори та конденсатори є найбільш часто використовуваними пасивними компонентами майже у всіх електронних схемах. З цих трьох значень резисторів і конденсаторів зазвичай позначаються поверх них або як кольоровий код резистора, або як числове маркування. Також опір і ємність також можна виміряти за допомогою звичайного мультиметра. Але на більшості індукторів, особливо на феритових і повітряних, з якихось причин, здається, немає жодних позначень. Це стає досить прикро, коли вам доводиться вибирати правильне значення індуктивності для вашої схеми схеми або врятували його зі старої електронної друкованої плати і хотіли знати цінність цього.

Безпосереднім рішенням цієї проблеми є використання лічильника LCR, який міг би вимірювати значення індуктивності, конденсатора або резистора і відображати його безпосередньо. Але далеко не у кожного є під рукою вимірювач LCR, тому в цій статті ми дізнаємось, як за допомогою осцилографа вимірювати значення індуктивності або конденсатора за допомогою простої схеми та простих розрахунків. Звичайно, якщо вам потрібен більш швидкий та надійний спосіб зробити це, ви також можете побудувати власний вимірювач ЖК, який використовує ту саму техніку разом із додатковим мікроконтролером для зчитування відображеного значення.

Необхідні матеріали

• Осцилограф
• Генератор сигналів або простий ШІМ-сигнал від Arduino або іншого MCU
• Діод
• Відомий конденсатор (0,1 мкФ, 0,01 мкФ, 1 мкФ)
• Резистор (560 Ом)
• Калькулятор

Для вимірювання величини невідомої індуктивності або конденсатора нам потрібно побудувати просту схему, яка називається резервуарною ланцюгом. Цю схему також можна назвати LC-ланцюгом або резонансною ланцюгом або налаштованою ланцюгом. Бакова схема - це схема, в якій ми матимемо індуктор і конденсатор, з'єднані паралельно один одному, і коли ланцюг живиться, напруга і струм на ньому будуть резонувати з частотою, яка називається резонансною частотою. Давайте зрозуміємо, як це відбувається, перш ніж рухатися вперед.

Як працює схема резервуара?

Як було сказано раніше, типова схема резервуара просто складається з індуктивності та конденсатора, з'єднаних паралельно. Конденсатор - це пристрій, що складається всього з двох паралельних пластин, здатний накопичувати енергію в електричному полі, а індуктор - котушка, намотана на магнітний матеріал, який також здатний накопичувати енергію в магнітному полі.

Коли ланцюг живиться, конденсатор заряджається, а потім, коли потужність відключається, конденсатор розряджає свою енергію в індуктор. До того часу, коли конденсатор витрачає свою енергію в індуктор, індуктор заряджається і використовує свою енергію для підштовхування струму назад в конденсатор з протилежною полярністю, щоб конденсатор знову зарядився. Пам'ятайте, що котушки індуктивності та конденсатори змінюють полярність, коли заряджаються та розряджаються. Таким чином напруга і струм будуть коливатися вперед-назад, створюючи резонанс, як показано на зображенні GIF вище.

Але це не може відбутися назавжди, оскільки кожен раз, коли конденсатор або індуктор заряджаються і розряджаються, деяка енергія (напруга) втрачається через опір дроту або як магнітна енергія, і повільно величина резонансної частоти зникає, як показано нижче форма хвилі.

Як тільки ми отримаємо цей сигнал на своєму обсязі, ми можемо виміряти частоту цього сигналу, яка є нічим іншим, як резонансною частотою, тоді ми можемо використовувати наступні формули для розрахунку значення індуктора або конденсатора.

FR = 1 / / 2π √LC

У наведених вище формулах F _R є резонансною частотою, і тоді, якщо ми знаємо значення конденсатора, ми можемо обчислити значення індуктора, аналогічно знаємо значення індуктивності, можна розрахувати значення конденсатора.

Налаштування для вимірювання індуктивності та ємності

Досить теорії, тепер давайте побудуємо схему на макетній дошці. Тут у мене є індуктивність, значення якої я повинен з’ясувати, використовуючи відоме значення індуктивності. Налаштування схеми, яку я використовую тут, показано нижче

Конденсатор С1 та індуктор L1 утворюють ланцюг резервуара, діод D1 використовується для запобігання тому, щоб струм потрапляв назад у джерело сигналу ШІМ, а резистор 560 Ом використовується для обмеження струму через ланцюг. Тут я використав свій Arduino для генерації сигналу ШІМ із змінною частотою. Ви можете використовувати генератор функцій, якщо він у вас є, або просто використовувати будь-який ШІМ-сигнал. Приціл підключений через контур резервуара. Моє апаратне налаштування виглядало як нижче, як тільки схема була завершена. Ви також можете побачити тут мій невідомий дротяний індуктор

Тепер увімкніть схему, використовуючи ШІМ-сигнал, і спостерігайте за резонансним сигналом на прицілі. Ви можете спробувати змінити значення конденсатора, якщо не отримуєте чіткого резонансного частотного сигналу, зазвичай конденсатор 0,1 мкФ повинен працювати для більшості індукторів, але ви також можете спробувати з меншими значеннями, такими як 0,01 мкФ. Отримавши резонансну частоту, вона повинна виглядати приблизно так.

Як виміряти резонансну частоту за допомогою осцилографа?

Для деяких людей крива буде виглядати такою, для інших, можливо, доведеться трохи налаштувати. Переконайтеся, що зонд датчика встановлений у 10 разів, оскільки нам потрібен роз'єднувальний конденсатор. Також встановіть розподіл часу на 20us або менше, а потім зменште величину до менш ніж 1V. Тепер спробуйте збільшити частоту ШІМ-сигналу, якщо у вас немає генератора сигналу, тоді спробуйте зменшувати значення конденсатора, поки не помітите резонансну частоту. Отримавши резонансну частоту, помістіть область в одну сек. режимі, щоб отримати чітку форму сигналу, як показано вище.

Після отримання сигналу ми повинні виміряти частоту цього сигналу. Як бачите, величина сигналу відмирає із збільшенням часу, тому ми можемо вибрати будь-який повний цикл сигналу. Деякі сфери можуть мати режим вимірювання, щоб зробити те саме, але тут я покажу вам, як використовувати курсор. Помістіть перший рядок курсора на початок синусоїди, а другий курсор на закінчення синусоїди, як показано нижче, щоб виміряти період частоти. У моєму випадку період часу був так само виділений на малюнку нижче. Моя область також відображає частоту, але для навчальних цілей просто враховуйте період часу, ви також можете використовувати графічні рядки та значення поділу часу, щоб знайти часовий період, якщо ваша область не відображає його.

Ми виміряли лише часовий проміжок сигналу, щоб знати частоту, ми можемо просто використовувати формули

F = 1 / T

Отже, у нашому випадку значення періоду часу становить 29,5 мкСм, що становить 29,5 × 10 ^-6. Тож значення частоти буде

F = 1 / (29,5 × 10 ^-6) = 33,8 кГц

Тепер у нас є резонансна частота 33,8 × 10 ³ Гц, а значення конденсатора 0,1 мкФ, що становить 0,1 × 10 ^-6 F, підставляючи все це у формули, які ми отримуємо

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

Розв'язуючи для L, ми отримуємо

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

Отже, значення невідомої індуктивності обчислюється як 220 мкГн, аналогічно ви також можете обчислити значення конденсатора, використовуючи відому індуктивність. Я також спробував це з кількома іншими відомими значеннями індуктивності, і вони, здається, працюють чудово. Ви також можете знайти повну роботу у відео, що додається нижче.

Сподіваюся, ви зрозуміли статтю та дізналися щось нове. Якщо у вас виникли проблеми з тим, щоб це працювало для вас, залиште свої запитання в розділі коментарів або скористайтеся форумом для отримання додаткової технічної допомоги.