Hur man mäter värdet på induktorn eller kondensatorn med hjälp av oscilloskop - resonansfrekvensmetod

Motstånd, induktorer och kondensatorer är de mest använda passiva komponenterna i nästan alla elektronikkretsar. Av dessa tre är värdet på motstånd och kondensatorer vanligtvis markerade ovanpå antingen som motståndsfärgkod eller som numerisk markering. Motståndet och kapacitansen kan också mätas med normal multimeter. Men de flesta av induktorerna, särskilt ferritkärnorna och luftkärnorna av någon anledning verkar inte ha någon form av märkning på dem. Detta blir ganska irriterande när du måste välja rätt induktansvärde för din kretskonstruktion eller har räddat en från en gammal elektronisk kretskort och ville veta värdet på den.

En direkt lösning för detta problem är att använda en LCR-mätare som kan mäta värdet på induktorn, kondensatorn eller motståndet och visa det direkt. Men inte alla har en LCR-mätare till hands, så i den här artikeln kan vi lära oss hur man använder ett oscilloskop för att mäta induktans- eller kondensatorvärdet med en enkel krets och enkla beräkningar. Naturligtvis, om du behöver ett snabbare och mer robust sätt att göra det kan du också bygga din egen LC-mätare som använder samma teknik tillsammans med en extra MCU för att läsa displayens värde.

Material som krävs

• Oscilloskop
• Signalgenerator eller enkel PWM-signal från Arduino eller annan MCU
• Diod
• Känd kondensator (0.1uf, 0.01uf, 1uf)
• Motstånd (560 ohm)
• Kalkylator

För att mäta värdet på okänd induktor eller kondensator måste vi bygga en enkel krets som kallas tankkretsen. Denna krets kan också kallas LC-krets eller resonanskrets eller avstämd krets. En tankkrets är en krets där vi har en induktor och kondensator anslutna parallellt med varandra och när kretsen får ström kommer spänningen och strömmen att resonera med en frekvens som kallas resonansfrekvens. Låt oss förstå hur detta händer innan vi går vidare.

Hur fungerar en tankkrets?

Som tidigare nämnts består en typisk tankkrets bara av en induktor och kondensator anslutna parallellt. Kondensatorn är en anordning som består av bara två parallella plattor som kan lagra energi i elektriskt fält och en induktor är en spole som är sårad över ett magnetiskt material som också kan lagra energi i magnetfältet.

När kretsen drivs laddas kondensatorn och när strömmen tas bort matar kondensatorn ut sin energi i induktorn. När kondensatorn dränerar sin energi i induktorn laddas induktorn och använder sin energi för att skjuta tillbaka strömmen i kondensatorn i motsatt polaritet så att kondensatorn laddas igen. Kom ihåg att induktorer och kondensatorer ändrar polaritet när de laddas och urladdas. På detta sätt skulle spänningen och strömmen svänga fram och tillbaka och skapa en resonans som visas i GIF-bilden ovan.

Men detta kan inte hända för alltid eftersom varje gång kondensatorn eller induktorn laddar och urladdar en viss energi (spänning) går förlorad på grund av ledningens motstånd eller som magnetisk energi och långsamt skulle resonansfrekvensens storlek försvinna som visas nedan. vågform.

När vi väl fått denna signal på vårt omfång kan vi mäta frekvensen för denna signal, vilket är ingenting annat än resonansfrekvensen, då kan vi använda formlerna nedan för att beräkna värdet på induktorn eller kondensatorn.

FR = 1 / / 2π √LC

I ovanstående formler F _R är resonansfrekvensen, och sedan om vi vet värdet av kondensatorn kan vi beräkna värdet av induktor och på samma sätt som vi vet värdet av induktorn kan vi beräkna värdet av kondensatorn.

Uppsättning för mätning av induktans och kapacitans

Tillräcklig teori, låt oss nu bygga kretsen på en bräda. Här har jag en induktor vars värde jag bör ta reda på genom att använda ett känt värde på induktorn. Kretsuppsättningen som jag använder här visas nedan

Kondensatorn C1 och induktorn L1 bildar tankkretsen, dioden D1 används för att förhindra att strömmen tränger tillbaka in i PWM-signalkällan och motståndet 560 ohm används för att begränsa strömmen genom kretsen. Här har jag använt min Arduino för att generera PWM-vågform med variabel frekvens, du kan använda en funktionsgenerator om du har en eller helt enkelt använda någon PWM-signal. Räckvidden är ansluten över tankkretsen. Min hårdvaruuppsättning såg ut nedan när kretsen var klar. Du kan också se min okända torrkärninduktor här

Slå nu på kretsen med PWM-signalen och observera för en resonanssignal på omfånget. Du kan försöka ändra värdet på kondensatorn om du inte får en tydlig resonansfrekvenssignal, vanligtvis bör 0,1uF kondensator fungera för de flesta induktorer men du kan också försöka med lägre värden som 0.01uF. När du väl har fått resonansfrekvensen ska den se ut så här.

Hur mäter man resonansfrekvens med oscilloskop?

För vissa människor kommer kurvan att visas som sådan, för andra kan du behöva justera lite. Se till att omfångssonden är inställd på 10 gånger eftersom vi behöver frikopplingskondensatorn. Ställ också in tidsdelningen på 20us eller mindre och minska sedan storleken till mindre än 1V. Försök nu öka frekvensen för PWM-signalen, om du inte har en vågformsgenerator, försök sedan minska kondensatorns värde tills du märker resonansfrekvensen. När du har fått resonansfrekvensen sätter du omfånget i enskild sekvens. för att få en tydlig vågform som den som visas ovan.

Efter att ha fått signalen måste vi mäta frekvensen för denna signal. Som du kan se storleken på signalen försvinner när tiden ökar så att vi kan välja en hel cykel av signalen. Vissa omfång kan ha ett måttläge för att göra detsamma, men här visar jag dig hur du använder markören. Placera den första markörlinjen vid sinusvågens början och den andra markören på sinusvågens slut som visas nedan för att mäta frekvensperioden. I mitt fall var tidsperioden som markerad i bilden nedan. Mitt omfång visar också frekvensen men för inlärningsändamål överväger bara tidsperioden, du kan också använda graflinjerna och tidsdelningsvärdet för att hitta tidsperioden om ditt omfång inte visar det.

Vi har bara mätt signalens tidsperiod, för att veta frekvensen kan vi helt enkelt använda formlerna

F = 1 / T

Så i vårt fall är tidsperioden 29,5uS vilket är 29,5 × ^10-6. Så frekvensen kommer att vara

F = 1 / (29,5 × ^10-6) = 33,8 KHz

Nu har vi resonansfrekvensen 33,8 × 10 ³ Hz och värdet på kondensatorn som 0,1 uF vilket är 0,1 × ^10-6 F som ersätter allt detta i formlerna vi får

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

Lösning för 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

Så, värdet på okänd induktor beräknas vara 220uH, på samma sätt kan du också beräkna värdet på kondensatorn med en känd induktor. Jag försökte det också med några andra kända induktansvärden och de verkade fungera bra. Du kan också hitta hela arbetet i videon som bifogas nedan.

Hoppas att du förstod artikeln och lärde dig något nytt. Om du har några problem att få detta att fungera för dig, lämna dina frågor i kommentarsektionen eller använd forumet för mer teknisk hjälp.