Как измерить значение индуктивности или конденсатора с помощью осциллографа - метод резонансной частоты

Резисторы, индукторы и конденсаторы - наиболее часто используемые пассивные компоненты почти в каждой электронной схеме. Из этих трех номиналы резисторов и конденсаторов обычно указываются сверху либо в виде цветового кода резистора, либо в виде числовой маркировки. Также сопротивление и емкость можно измерить с помощью обычного мультиметра. Но большинство индукторов, особенно с ферритовым и воздушным сердечником, почему-то не имеют какой-либо маркировки. Это становится довольно раздражающим, когда вам нужно выбрать правильное значение индуктора для вашей схемы или вы восстановили его со старой электронной печатной платы и захотели узнать его стоимость.

Прямым решением этой проблемы является использование измерителя LCR, который может измерять значение катушки индуктивности, конденсатора или резистора и отображать его напрямую. Но не у всех есть измеритель LCR под рукой, поэтому в этой статье мы узнаем, как использовать осциллограф для измерения значения индуктивности или конденсатора, используя простую схему и простые вычисления. Конечно, если вам нужен более быстрый и надежный способ сделать это, вы также можете создать свой собственный LC-метр, который использует ту же технику вместе с дополнительным MCU для считывания отображаемого значения.

Необходимые материалы

• Осциллограф
• Генератор сигналов или простой сигнал ШИМ от Arduino или другого микроконтроллера
• Диод
• Известный конденсатор (0,1 мкФ, 0,01 мкФ, 1 мкФ)
• Резистор (560 Ом)
• Калькулятор

Чтобы измерить значение неизвестного индуктора или конденсатора, нам нужно построить простую схему, называемую цепью резервуара. Эта схема также может называться LC-схемой, резонансной схемой или настроенной схемой. Цепь резервуара - это цепь, в которой индуктор и конденсатор будут подключены параллельно друг другу, и когда цепь запитана, напряжение и ток на ней будут резонировать на частоте, называемой резонансной частотой. Давайте разберемся, как это происходит, прежде чем двигаться дальше.

Как работает контур резервуара?

Как уже говорилось ранее, типичная баковая цепь просто состоит из параллельно соединенных индуктивности и конденсатора. Конденсатор - это устройство, состоящее всего из двух параллельных пластин, которое способно накапливать энергию в электрическом поле, а индуктор - это катушка, намотанная на магнитный материал, которая также способна накапливать энергию в магнитном поле.

Когда цепь запитана, конденсатор заряжается, а затем, когда питание отключается, конденсатор отдает свою энергию в катушку индуктивности. К тому времени, когда конденсатор истощает свою энергию в катушке индуктивности, катушка индуктивности заряжается и будет использовать свою энергию, чтобы протолкнуть ток обратно в конденсатор с противоположной полярностью, чтобы конденсатор снова зарядился. Помните, что катушки индуктивности и конденсаторы меняют полярность при зарядке и разрядке. Таким образом, напряжение и ток будут колебаться взад и вперед, создавая резонанс, как показано на изображении GIF выше.

Но это не может происходить вечно, потому что каждый раз, когда конденсатор или катушка индуктивности заряжается и разряжается, некоторая энергия (напряжение) теряется из-за сопротивления провода или в виде магнитной энергии, и постепенно величина резонансной частоты будет исчезать, как показано ниже. форма волны.

Как только мы получим этот сигнал на нашем приборе, мы сможем измерить частоту этого сигнала, которая представляет собой не что иное, как резонансную частоту, тогда мы можем использовать приведенные ниже формулы для расчета значения индуктора или конденсатора.

FR = 1 / / 2π √LC

В приведенных выше формулах F _R - это резонансная частота, а затем, если мы знаем значение конденсатора, мы можем вычислить значение индуктора, и аналогично мы знаем значение индуктора, мы можем рассчитать значение конденсатора.

Установка для измерения индуктивности и емкости

Хватит теории, теперь давайте построим схему на макете. Здесь у меня есть индуктор, значение которого я должен узнать, используя известное значение индуктивности. Схема, которую я использую здесь, показана ниже.

Конденсатор C1 и индуктор L1 образуют цепь резервуара, диод D1 используется для предотвращения попадания тока обратно в источник сигнала ШИМ, а резистор 560 Ом используется для ограничения тока через цепь. Здесь я использовал свой Arduino для генерации сигнала ШИМ с переменной частотой, вы можете использовать генератор функций, если он у вас есть, или просто использовать любой сигнал ШИМ. Прицел подключается через контур резервуара. После завершения схемы мое оборудование выглядело так, как показано ниже. Вы также можете увидеть мой неизвестный индуктор с горячим сердечником здесь

Теперь включите схему, используя сигнал ШИМ, и обратите внимание на резонансный сигнал на осциллографе. Вы можете попробовать изменить значение конденсатора, если вы не получаете четкого сигнала резонансной частоты, обычно конденсатор 0,1 мкФ должен работать с большинством катушек индуктивности, но вы также можете попробовать с более низкими значениями, такими как 0,01 мкФ. Как только вы получите резонансную частоту, она должна выглядеть примерно так.

Как измерить частоту резонанса с помощью осциллографа?

Для некоторых людей кривая будет отображаться как таковая, для других вам, возможно, придется немного подправить. Убедитесь, что зонд осциллографа установлен на 10x, так как нам нужен развязывающий конденсатор. Также установите временное деление на 20 мкс или меньше, а затем уменьшите величину до менее 1 В. Теперь попробуйте увеличить частоту сигнала ШИМ, если у вас нет генератора сигналов, попробуйте уменьшить значение конденсатора, пока не заметите резонансную частоту. Как только вы получите резонансную частоту, включите осциллограф в одну последовательность. режим, чтобы получить четкую форму волны, подобную показанной выше.

После получения сигнала мы должны измерить частоту этого сигнала. Как вы можете видеть, величина сигнала уменьшается с увеличением времени, поэтому мы можем выбрать любой полный цикл сигнала. У некоторых осциллографов может быть режим измерения, чтобы делать то же самое, но здесь я покажу вам, как использовать курсор. Поместите первую строку курсора в начало синусоидальной волны, а второй курсор - в конец синусоиды, как показано ниже, для измерения периода частоты. В моем случае период времени был выделен на рисунке ниже. Моя область видимости также отображает частоту, но для целей обучения просто учитывайте период времени, вы также можете использовать линии графика и значение деления времени, чтобы найти период времени, если ваша область не отображает его.

Мы измерили только период времени сигнала, чтобы узнать частоту, мы можем просто использовать формулы

F = 1 / Т

Таким образом, в нашем случае значение периода времени составляет 29,5 мкс, что составляет 29,5 × 10 ^-6. Таким образом, значение частоты будет

F = 1 / (29,5 × ^10-6) = 33,8 кГц

Теперь у нас есть резонансная частота 33,8 × 10 ³ Гц и емкость конденсатора 0,1 мкФ, что составляет 0,1 × 10 ^-6 Ф, подставляя все это в формулы, мы получаем

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

Решая для L, получаем

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

Таким образом, значение неизвестной индуктивности рассчитывается как 220 мкГн, аналогично вы также можете рассчитать значение конденсатора, используя известную индуктивность. Я также пробовал это с несколькими другими известными значениями индуктивности, и, похоже, они работают нормально. Вы также можете найти полную версию работы в видео, прикрепленном ниже.

Надеюсь, вы поняли статью и узнали что-то новое. Если у вас возникли проблемы с тем, чтобы это работало для вас, оставьте свои вопросы в разделе комментариев или воспользуйтесь форумом для получения дополнительной технической помощи.