Hoe de waarde van de inductor of condensator te meten met behulp van oscilloscoop - resonantiefrequentiemethode

Weerstanden, inductoren en condensatoren zijn de meest gebruikte passieve componenten in bijna elk elektronisch circuit. Van deze drie wordt de waarde van weerstanden en condensatoren er gewoonlijk bovenop gemarkeerd, hetzij als kleurcode van de weerstand, hetzij als numerieke markering. Ook de weerstand en capaciteit kunnen ook worden gemeten met een normale multimeter. Maar de meeste smoorspoelen, vooral de ferrietkern en de luchtkern, lijken om de een of andere reden geen enkele markering te hebben. Dit wordt behoorlijk vervelend wanneer u de juiste waarde van de inductor voor uw circuitontwerp moet selecteren of er een hebt geborgen van een oude elektronische PCB en de waarde ervan wilt weten.

Een duidelijke oplossing voor dit probleem is om een ​​LCR-meter te gebruiken die de waarde van de inductor, condensator of weerstand kan meten en deze direct kan weergeven. Maar niet iedereen heeft een LCR-meter bij de hand, dus laten we in dit artikel leren hoe we een oscilloscoop kunnen gebruiken om de waarde van de inductor of condensator te meten met behulp van een eenvoudig circuit en eenvoudige berekeningen. Als u een snellere en robuustere manier nodig heeft om dit te doen, kunt u natuurlijk ook uw eigen LC-meter bouwen die dezelfde techniek gebruikt, samen met een extra MCU om de waarde op het display af te lezen.

Vereiste materialen

• Oscilloscoop
• Signaalgenerator of eenvoudig PWM-signaal van Arduino of andere MCU
• Diode
• Bekende condensator (0.1uf, 0.01uf, 1uf)
• Weerstand (560 ohm)
• Rekenmachine

Om de waarde van een onbekende inductor of condensator te meten, moeten we een eenvoudig circuit bouwen dat het tankcircuit wordt genoemd. Dit circuit kan ook worden genoemd als LC-circuit of Resonant-circuit of Tuned-circuit. Een tankcircuit is een circuit waarin we een inductor en condensator parallel aan elkaar hebben aangesloten en wanneer het circuit wordt gevoed, zullen de spanning en stroom erover resoneren op een frequentie die resonantiefrequentie wordt genoemd. Laten we begrijpen hoe dit gebeurt voordat we verder gaan.

Hoe werkt een tankcircuit?

Zoals eerder verteld, bestaat een typisch tankcircuit alleen uit een spoel en een condensator die parallel zijn geschakeld. De condensator is een apparaat dat bestaat uit slechts twee parallelle platen die in staat zijn om energie op te slaan in een elektrisch veld en een inductor is een spoel gewikkeld over een magnetisch materiaal dat ook in staat is om energie op te slaan in een magnetisch veld.

Wanneer het circuit van stroom wordt voorzien, wordt de condensator opgeladen en wanneer de stroom wordt verwijderd, ontlaadt de condensator zijn energie in de inductor. Tegen de tijd dat de condensator zijn energie in de inductor afvoert, wordt de inductor opgeladen en gebruikt hij zijn energie om de stroom in tegengestelde polariteit terug in de condensator te duwen, zodat de condensator weer wordt opgeladen. Onthoud dat inductors en condensatoren van polariteit veranderen wanneer ze worden opgeladen en ontladen. Op deze manier zouden de spanning en stroom heen en weer zwaaien en een resonantie creëren zoals weergegeven in de GIF-afbeelding hierboven.

Maar dit kan niet voor altijd gebeuren, omdat elke keer dat de condensator of inductor laadt en ontlaadt er wat energie (spanning) verloren gaat als gevolg van de weerstand van de draad of als magnetische energie en langzaam de grootte van de resonantiefrequentie zou vervagen, zoals hieronder wordt getoond golfvorm.

Zodra we dit signaal op onze scope hebben, kunnen we de frequentie van dit signaal meten, wat niets anders is dan de resonantiefrequentie, dan kunnen we de onderstaande formules gebruiken om de waarde van de inductor of condensator te berekenen.

FR = 1 / / 2π √LC

In de bovenstaande formules is F _R de resonantiefrequentie, en als we de waarde van de condensator kennen, kunnen we de waarde van de inductor berekenen en op dezelfde manier kunnen we de waarde van de inductor berekenen, kunnen we de waarde van de condensator berekenen.

Opstelling voor het meten van inductantie en capaciteit

Genoeg theorie, laten we nu het circuit op een breadboard bouwen. Hier heb ik een inductor waarvan ik de waarde moet achterhalen door een bekende waarde van de inductor te gebruiken. De circuitopstelling die ik hier gebruik, wordt hieronder weergegeven

De condensator C1 en de inductor L1 vormen het tankcircuit, de diode D1 wordt gebruikt om te voorkomen dat de stroom terugkomt in de PWM-signaalbron en de weerstand 560 ohm wordt gebruikt om de stroom door het circuit te begrenzen. Hier heb ik mijn Arduino gebruikt om PWM-golfvorm met variabele frequentie te genereren, je kunt een functiegenerator gebruiken als je er een hebt of gewoon een PWM-signaal gebruiken. De scoop is aangesloten over het tankcircuit. Mijn hardware-installatie zag er als volgt uit nadat het circuit was voltooid. Je kunt hier ook mijn onbekende verzengende kerninductor zien

Schakel nu het circuit in met behulp van het PWM-signaal en kijk of er een resonantiesignaal op de scoop aanwezig is. U kunt proberen de waarde van de condensator te veranderen als u geen duidelijk resonantiefrequentiesignaal krijgt. Gewoonlijk zou een 0.1uF-condensator moeten werken voor de meeste inductoren, maar u kunt het ook proberen met lagere waarden zoals 0.01uF. Als je eenmaal de resonantiefrequentie hebt, zou het er ongeveer zo uit moeten zien.

Hoe de resonantiefrequentie te meten met een oscilloscoop?

Voor sommige mensen zal de curve als zodanig verschijnen, voor andere moet je misschien een beetje tweaken. Zorg ervoor dat de scoopsonde is ingesteld op 10x, aangezien we de ontkoppelingscondensator nodig hebben. Stel ook de tijdverdeling in op 20us of minder en verlaag vervolgens de magnitude tot minder dan 1V. Probeer nu de frequentie van het PWM-signaal te verhogen. Als u geen golfvormgenerator heeft, probeer dan de waarde van de condensator te verlagen totdat u de resonantiefrequentie opmerkt. Zodra je de resonantiefrequentie hebt, zet je de scope in enkele sequentie. modus om een ​​duidelijke golfvorm te krijgen zoals hierboven weergegeven.

Nadat we het signaal hebben ontvangen, moeten we de frequentie van dit signaal meten. Zoals je kunt zien, sterft de omvang van het signaal af naarmate de tijd toeneemt, zodat we elke complete cyclus van het signaal kunnen selecteren. Sommige scoops hebben misschien een maatmodus om hetzelfde te doen, maar hier zal ik je laten zien hoe je de cursor gebruikt. Plaats de eerste cursorlijn op het begin van de sinusgolf en de tweede cursor op het einde van de sinusgolf, zoals hieronder weergegeven, om de periode van de frequentie te meten. In mijn geval was de tijdsperiode zoals aangegeven in de onderstaande afbeelding. Mijn bereik geeft ook de frequentie weer, maar voor leerdoeleinden houd je gewoon rekening met de tijdsperiode, je kunt ook de grafieklijnen en de tijdverdelingswaarde gebruiken om de tijdsperiode te vinden als je bereik deze niet weergeeft.

We hebben alleen de tijdsperiode van het signaal gemeten, om de frequentie te weten kunnen we eenvoudig de formules gebruiken

F = 1 / T

Dus in ons geval is de waarde van de tijdsperiode 29,5uS, wat 29,5 × ^{10-6 is}. Dus de waarde van frequentie zal zijn

F = 1 / (29,5 x ^10-6) = 33,8 KHz

Nu hebben we de resonantiefrequentie als 33,8 × 10 ³ Hz en de waarde van de condensator als 0,1 uF, wat 0,1 × ^10-6 F is, wat dit alles vervangt in de formules die we krijgen

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

Oplossend voor L krijgen we

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

De waarde van de onbekende inductor wordt dus berekend op 220uH, op dezelfde manier kunt u ook de waarde van de condensator berekenen met behulp van een bekende inductor. Ik heb het ook geprobeerd met een paar andere bekende inductorwaarden en ze leken prima te werken. U kunt het volledige werk ook vinden in de onderstaande video.

Ik hoop dat je het artikel hebt begrepen en iets nieuws hebt geleerd. Als je een probleem hebt om dit voor je te laten werken, laat dan je vragen achter in het commentaargedeelte of gebruik het forum voor meer technische hulp.