- Potřebné materiály
- Jak funguje Tank Circuit?
- Nastavení pro měření indukčnosti a kapacity
- Jak měřit rezonanční frekvenci osciloskopem?
Rezistory, induktory a kondenzátory jsou nejčastěji používanými pasivními součástmi téměř v každém elektronickém obvodu. Z těchto tří je hodnota rezistorů a kondenzátorů běžně označena buď jako barevný kód rezistoru, nebo jako číselné označení. Také odpor a kapacitu lze měřit pomocí běžného multimetru. Ale zdá se, že většina induktorů, zejména feritových a vzduchových, z nějakého důvodu na nich nemá žádný druh značení. To se stává docela nepříjemným, když musíte vybrat správnou hodnotu induktoru pro návrh obvodu nebo zachránit jednu ze staré elektronické desky plošných spojů a chtěli znát její hodnotu.
Přímým řešením tohoto problému je použít měřič LCR, který dokáže měřit hodnotu induktoru, kondenzátoru nebo rezistoru a přímo ji zobrazit. Ale ne každý má s sebou měřič LCR, takže v tomto článku se naučíme, jak používat osciloskop k měření hodnoty induktoru nebo kondenzátoru pomocí jednoduchého obvodu a snadných výpočtů. Samozřejmě, pokud potřebujete rychlejší a robustnější způsob, jak to udělat, můžete si také vytvořit svůj vlastní LC měřič, který používá stejnou techniku spolu s dalším MCU pro čtení hodnoty na displeji.
Potřebné materiály
- Osciloskop
- Generátor signálu nebo jednoduchý signál PWM z Arduina nebo jiného MCU
- Dioda
- Známý kondenzátor (0,1uf, 0,01uf, 1uf)
- Rezistor (560 ohmů)
- Kalkulačka
Abychom změřili hodnotu neznámého induktoru nebo kondenzátoru, musíme vytvořit jednoduchý obvod, který se nazývá obvod nádrže. Tento obvod lze také nazvat jako LC obvod nebo rezonanční obvod nebo laděný obvod. Obvod nádrže je obvod, ve kterém budeme mít paralelně k sobě připojený induktor a kondenzátor, a když je obvod napájen, napětí a proud v něm bude rezonovat na frekvenci zvané rezonanční frekvence. Než se pohneme kupředu, pochopme, jak k tomu dochází.
Jak funguje Tank Circuit?
Jak již bylo řečeno, typický obvod nádrže sestává z paralelně zapojeného induktoru a kondenzátoru. Kondenzátor je zařízení skládající se pouze ze dvou rovnoběžných desek, které jsou schopné akumulovat energii v elektrickém poli, a induktor je cívka navinutá na magnetický materiál, která je také schopna akumulovat energii v magnetickém poli.
Když je obvod napájen, kondenzátor se nabije a poté, co je energie odpojena, kondenzátor vybije svou energii do induktoru. V době, kdy kondenzátor vypustí svou energii do induktoru, induktor se nabije a použije svou energii k zasunutí proudu zpět do kondenzátoru v opačné polaritě, takže se kondenzátor znovu nabije. Pamatujte, že induktory a kondenzátory mění polaritu při nabíjení a vybíjení. Tímto způsobem by se napětí a proud houpaly tam a zpět a vytvářely rezonanci, jak je znázorněno na obrázku GIF výše.
To se ale nemůže stát navždy, protože pokaždé, když se kondenzátor nebo induktor nabije a vybije část energie (napětí), dojde ke ztrátě v důsledku odporu drátu nebo jako magnetická energie a velikost rezonanční frekvence pomalu zmizí, jak ukazuje níže křivka.
Jakmile dostaneme tento signál do našeho rozsahu, můžeme měřit frekvenci tohoto signálu, která není nic jiného než rezonanční frekvence, pak můžeme použít následující vzorce k výpočtu hodnoty induktoru nebo kondenzátoru.
FR = 1 / / 2π √LC
Ve výše uvedených vzorcích F R je rezonanční frekvence, a pak pokud známe hodnotu kondenzátoru, můžeme vypočítat hodnotu induktoru a podobně známe hodnotu induktoru, můžeme vypočítat hodnotu kondenzátoru.
Nastavení pro měření indukčnosti a kapacity
Teorie dost, teď pojďme stavět obvod na prkénku. Tady mám induktor, jehož hodnotu bych měl zjistit pomocí známé hodnoty induktoru. Níže je uvedeno nastavení obvodu, které zde používám
Kondenzátor C1 a induktor L1 tvoří obvod nádrže, dioda D1 se používá k zabránění vstupu proudu zpět do zdroje signálu PWM a odpor 560 ohmů se používá k omezení proudu v obvodu. Zde jsem použil své Arduino ke generování PWM křivky s proměnnou frekvencí, můžete použít generátor funkcí, pokud máte jeden, nebo jednoduše použít jakýkoli signál PWM. Dalekohled je připojen přes obvod nádrže. Jakmile bude obvod dokončen, moje hardwarové nastavení vypadalo níže. Zde také můžete vidět můj neznámý vypálený induktor jádra
Nyní zapněte obvod pomocí signálu PWM a sledujte rezonanční signál na rozsahu. Pokud nezískáte jasný rezonanční frekvenční signál, můžete zkusit změnit hodnotu kondenzátoru, pro většinu induktorů by měl běžně fungovat kondenzátor 0,1 uF, ale můžete také zkusit použít nižší hodnoty, například 0,01 uF. Jakmile získáte rezonanční frekvenci, měla by vypadat asi takto.
Jak měřit rezonanční frekvenci osciloskopem?
U některých lidí se křivka objeví jako taková, u jiných možná budete muset trochu vyladit. Ujistěte se, že je sonda rozsahu nastavena na 10x, protože potřebujeme oddělovací kondenzátor. Také nastavte časové dělení na 20us nebo méně a poté snižte velikost na méně než 1V. Nyní zkuste zvýšit frekvenci signálu PWM, pokud nemáte generátor křivek, zkuste snížit hodnotu kondenzátoru, dokud si nevšimnete rezonanční frekvence. Jakmile získáte rezonanční frekvenci, dejte rozsah do jedné sekvence. režimu získáte jasný průběh, jako je ten zobrazený výše.
Po získání signálu musíme změřit frekvenci tohoto signálu. Jak vidíte, velikost signálu odumírá, jak se čas prodlužuje, takže můžeme vybrat kterýkoli úplný cyklus signálu. Některý obor může mít režim měření, aby udělal totéž, ale zde vám ukážu, jak používat kurzor. Umístěte první kurzorovou čáru na začátek sinusové vlny a druhý kurzor na konec sinusové vlny, jak je znázorněno níže, abyste změřili periodu frekvence. V mém případě bylo časové období zvýrazněno na obrázku níže. Můj rozsah také zobrazuje frekvenci, ale pro účely učení jen zvažte časové období, můžete také použít čáry grafu a hodnotu časového dělení k vyhledání časového období, pokud ho váš rozsah nezobrazí.
Měřili jsme pouze časové období signálu, abychom věděli, jakou frekvenci můžeme jednoduše použít vzorce
F = 1 / T.
V našem případě je tedy hodnota časového období 29,5 uS, což je 29,5 × 10 -6. Takže hodnota frekvence bude
F = 1 / (29,5 × 10-6) = 33,8 KHz
Nyní máme rezonanční frekvenci 33,8 × 10 3 Hz a hodnotu kondenzátoru 0,1 uF, což je 0,1 × 10-6 F, což vše dosadíme do vzorců, které dostaneme
FR = 1 / 2π √LC 33,8 × 10 3 = 1 / 2π √L (0,1 x 10-6)
Řešení pro L dostaneme
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
Hodnota neznámého induktoru se tedy vypočítá na 220uH, podobně můžete také vypočítat hodnotu kondenzátoru pomocí známého induktoru. Také jsem to zkusil s několika dalšími známými hodnotami induktorů a zdá se, že fungují dobře. Kompletní práci najdete také ve videu připojeném níže.
Doufám, že jste článku porozuměli a naučili se něco nového. Pokud máte problém s tím, aby vám to fungovalo, nechte své dotazy v sekci komentářů nebo použijte technickou podporu ve fóru.