Πώς να μετρήσετε την τιμή του επαγωγέα ή του πυκνωτή χρησιμοποιώντας παλμογράφο - μέθοδο συντονισμού συντονισμού

Οι αντιστάσεις, οι επαγωγείς και οι πυκνωτές είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα παθητικά εξαρτήματα σε σχεδόν κάθε κύκλωμα ηλεκτρονικών. Από αυτά τα τρία, η τιμή των αντιστάσεων και των πυκνωτών συνήθως σημειώνεται πάνω του είτε ως κωδικός χρώματος αντίστασης είτε ως αριθμητική σήμανση. Επίσης, η αντίσταση και η χωρητικότητα μπορούν επίσης να μετρηθούν χρησιμοποιώντας κανονικό πολύμετρο. Αλλά οι περισσότεροι από τους επαγωγείς, ειδικά οι πυρήνες από φερρίτη και πυρήνες αέρα για κάποιο λόγο, δεν φαίνεται να έχουν καμία ένδειξη πάνω τους. Αυτό γίνεται αρκετά ενοχλητικό όταν πρέπει να επιλέξετε τη σωστή τιμή του πηνίου για το σχεδιασμό του κυκλώματός σας ή να έχετε σώσει ένα από ένα παλιό ηλεκτρονικό PCB και θέλετε να μάθετε την αξία του.

Μια άμεση λύση για αυτό το πρόβλημα είναι να χρησιμοποιήσετε έναν μετρητή LCR που θα μπορούσε να μετρήσει την τιμή του επαγωγέα, του πυκνωτή ή της αντίστασης και να τον εμφανίσει απευθείας. Όμως δεν έχουν όλοι μαζί έναν μετρητή LCR, οπότε σε αυτό το άρθρο μάς επιτρέπει να μάθουμε πώς να χρησιμοποιούμε έναν παλμογράφο για να μετρήσουμε την τιμή του επαγωγέα ή του πυκνωτή χρησιμοποιώντας ένα απλό κύκλωμα και εύκολους υπολογισμούς. Φυσικά, εάν χρειάζεστε έναν πιο γρήγορο και στιβαρό τρόπο να το κάνετε, μπορείτε επίσης να δημιουργήσετε το δικό σας μετρητή LC που χρησιμοποιεί την ίδια τεχνική μαζί με ένα επιπλέον MCU για να διαβάσετε την τιμή.

Απαιτούμενα υλικά

• Παλμοσκόπιο
• Γεννήτρια σημάτων ή απλό σήμα PWM από το Arduino ή άλλο MCU
• Δίοδος
• Γνωστός πυκνωτής (0.1uf, 0.01uf, 1uf)
• Αντίσταση (560 ohm)
• Αριθμομηχανή

Για να μετρήσουμε την τιμή του άγνωστου επαγωγέα ή πυκνωτή πρέπει να χτίσουμε ένα απλό κύκλωμα που ονομάζεται κύκλωμα δεξαμενής. Αυτό το κύκλωμα μπορεί επίσης να ονομαστεί ως κύκλωμα LC ή κύκλωμα συντονισμού ή κύκλωμα συντονισμού. Ένα κύκλωμα δεξαμενής είναι κύκλωμα στο οποίο θα έχουμε έναν επαγωγέα και έναν πυκνωτή συνδεδεμένους παράλληλα μεταξύ τους και όταν το κύκλωμα τροφοδοτείται, η τάση και το ρεύμα απέναντί ​​του θα συντονίζονται σε μια συχνότητα που ονομάζεται συχνότητα συντονισμού. Ας καταλάβουμε πώς συμβαίνει αυτό προτού προχωρήσουμε.

Πώς λειτουργεί το Tank Circuit;

Όπως προαναφέρθηκε, ένα τυπικό κύκλωμα δεξαμενής αποτελείται μόνο από έναν επαγωγέα και έναν πυκνωτή που συνδέονται παράλληλα. Ο πυκνωτής είναι μια συσκευή που αποτελείται από δύο παράλληλες πλάκες που είναι ικανές να αποθηκεύουν ενέργεια σε ηλεκτρικό πεδίο και ένας επαγωγέας είναι ένα πηνίο που τυλίγεται πάνω από ένα μαγνητικό υλικό το οποίο είναι επίσης ικανό να αποθηκεύει ενέργεια σε μαγνητικό πεδίο.

Όταν το κύκλωμα τροφοδοτείται ο πυκνωτής φορτίζεται και στη συνέχεια όταν αφαιρεθεί η ισχύς, ο πυκνωτής εκφορτώνει την ενέργειά του στον επαγωγέα. Όταν ο πυκνωτής αποστραγγίσει την ενέργειά του στον επαγωγέα, ο επαγωγέας φορτίζεται και θα χρησιμοποιούσε την ενέργειά του για να ωθήσει το ρεύμα πίσω στον πυκνωτή με αντίθετη πολικότητα, ώστε ο πυκνωτής να φορτιστεί ξανά. Να θυμάστε ότι οι επαγωγείς και οι πυκνωτές αλλάζουν την πολικότητα όταν φορτίζουν και εκφορτίζουν. Με αυτόν τον τρόπο η τάση και το ρεύμα θα ταλαντευόταν μπρος-πίσω δημιουργώντας έναν συντονισμό όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα GIF

Αλλά αυτό δεν μπορεί να συμβεί για πάντα γιατί, κάθε φορά που ο πυκνωτής ή ο επαγωγέας φορτίζει και εκφορτώνει κάποια ενέργεια (τάση) χάνεται λόγω της αντίστασης του καλωδίου ή ως μαγνητικής ενέργειας και αργά το μέγεθος της συχνότητας συντονισμού θα εξασθενίσει όπως φαίνεται στα παρακάτω κυματομορφή.

Μόλις λάβουμε αυτό το σήμα στο πεδίο εφαρμογής μας, μπορούμε να μετρήσουμε τη συχνότητα αυτού του σήματος που δεν είναι τίποτα άλλο από τη συχνότητα συντονισμού, τότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τους παρακάτω τύπους για να υπολογίσουμε την τιμή του επαγωγέα ή του πυκνωτή.

FR = 1 / / 2π √LC

Στους παραπάνω τύπους το F _R είναι η συχνότητα συντονισμού και, στη συνέχεια, εάν γνωρίζουμε την τιμή του πυκνωτή μπορούμε να υπολογίσουμε την τιμή του επαγωγέα και ομοίως γνωρίζουμε την τιμή του επαγωγέα μπορούμε να υπολογίσουμε την τιμή του πυκνωτή.

Ρύθμιση για τη μέτρηση της αυτεπαγωγής και της χωρητικότητας

Αρκετή θεωρία, τώρα ας φτιάξουμε το κύκλωμα σε ένα breadboard Εδώ έχω έναν επαγωγέα του οποίου η τιμή πρέπει να μάθω χρησιμοποιώντας μια γνωστή τιμή του επαγωγέα. Η ρύθμιση κυκλώματος που χρησιμοποιώ εδώ φαίνεται παρακάτω

Ο πυκνωτής C1 και ο επαγωγέας L1 σχηματίζουν το κύκλωμα δεξαμενής, η δίοδος D1 χρησιμοποιείται για να αποτρέψει την είσοδο του ρεύματος στην πηγή σήματος PWM και η αντίσταση 560 ohms χρησιμοποιείται για τον περιορισμό του ρεύματος μέσω του κυκλώματος. Εδώ έχω χρησιμοποιήσει το Arduino μου για να δημιουργήσω κυματομορφή PWM με μεταβλητή συχνότητα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια γεννήτρια λειτουργιών εάν έχετε μία ή απλώς χρησιμοποιήστε οποιοδήποτε σήμα PWM. Το εύρος συνδέεται σε όλο το κύκλωμα της δεξαμενής. Η εγκατάσταση του υλικού μου έμοιαζε πιο κάτω μόλις ολοκληρωθεί το κύκλωμα. Μπορείτε επίσης να δείτε εδώ τον άγνωστο πυρήνα πυρήνα

Τώρα ενεργοποιήστε το κύκλωμα χρησιμοποιώντας το σήμα PWM και παρατηρήστε ένα σήμα συντονισμού στο εύρος. Μπορείτε να δοκιμάσετε να αλλάξετε την τιμή του πυκνωτή εάν δεν έχετε καθαρό σήμα συχνότητας συντονισμού, συνήθως ο πυκνωτής 0.1uF πρέπει να λειτουργεί για τους περισσότερους επαγωγείς, αλλά μπορείτε επίσης να δοκιμάσετε με χαμηλότερες τιμές όπως 0,01uF. Μόλις λάβετε τη συχνότητα συντονισμού, θα πρέπει να φαίνεται κάτι τέτοιο.

Πώς να μετρήσετε τη συχνότητα συντονισμού με παλμογράφο;

Για μερικούς ανθρώπους η καμπύλη θα εμφανίζεται ως τέτοια, για άλλα μπορεί να χρειαστεί να τροποποιήσετε λίγο. Βεβαιωθείτε ότι ο ανιχνευτής εύρους έχει ρυθμιστεί στα 10x, καθώς χρειαζόμαστε τον πυκνωτή αποσύνδεσης. Επίσης, ορίστε τη διαίρεση χρόνου σε 20us ή λιγότερο και στη συνέχεια μειώστε το μέγεθος σε λιγότερο από 1V. Τώρα προσπαθήστε να αυξήσετε τη συχνότητα του σήματος PWM, εάν δεν έχετε γεννήτρια κυματομορφής, δοκιμάστε να μειώσετε την τιμή του πυκνωτή μέχρι να παρατηρήσετε τη συχνότητα συντονισμού. Μόλις λάβετε τη συχνότητα συντονισμού, τοποθετήστε το πεδίο σε μία σειρά. λειτουργία για να αποκτήσετε μια καθαρή κυματομορφή όπως αυτή που φαίνεται παραπάνω

Αφού λάβουμε το σήμα πρέπει να μετρήσουμε τη συχνότητα αυτού του σήματος. Όπως μπορείτε να δείτε το μέγεθος του σήματος πεθαίνει καθώς αυξάνεται ο χρόνος, έτσι μπορούμε να επιλέξουμε έναν ολόκληρο κύκλο του σήματος. Κάποιο εύρος μπορεί να έχει λειτουργία μέτρησης για να κάνει το ίδιο, αλλά εδώ θα σας δείξω πώς να χρησιμοποιήσετε τον κέρσορα. Τοποθετήστε την πρώτη γραμμή του δρομέα στην αρχή του ημιτονοειδούς κύματος και το δεύτερο δρομέα στο τέλος του ημιτονοειδούς κύματος όπως φαίνεται παρακάτω για να μετρήσετε την περίοδο της συχνότητας. Στην περίπτωσή μου η χρονική περίοδος ήταν όπως επισημαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Το εύρος μου εμφανίζει επίσης τη συχνότητα, αλλά για μαθησιακούς σκοπούς απλώς εξετάστε τη χρονική περίοδο, μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε τις γραμμές γραφήματος και την τιμή διαίρεσης χρόνου για να βρείτε τη χρονική περίοδο, εάν το εύρος δεν το εμφανίζει.

Μετρήσαμε μόνο τη χρονική περίοδο του σήματος, για να γνωρίζουμε τη συχνότητα που μπορούμε απλά να χρησιμοποιήσουμε τους τύπους

F = 1 / Τ

Έτσι, στην περίπτωσή μας η τιμή της χρονικής περιόδου είναι 29,5uS που είναι 29,5 × 10 ^-6. Έτσι, η τιμή της συχνότητας θα είναι

F = 1 / (29,5 × ^10-6) = 33,8 KHz

Τώρα έχουμε τη συχνότητα συντονισμού ως 33,8 × 10 ³ Hz και την τιμή του πυκνωτή ως 0,1uF που είναι 0,1 × ^10-6 F αντικαθιστώντας όλα αυτά στους τύπους που παίρνουμε

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

Λύνοντας για L έχουμε

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

Έτσι, η τιμή του άγνωστου επαγωγέα υπολογίζεται να είναι 220uH, ομοίως μπορείτε επίσης να υπολογίσετε την τιμή του πυκνωτή χρησιμοποιώντας έναν γνωστό επαγωγέα. Το δοκίμασα επίσης με μερικές άλλες γνωστές τιμές επαγωγέα και φαίνεται να λειτουργούν καλά. Μπορείτε επίσης να βρείτε την πλήρη εργασία στο παρακάτω βίντεο.

Ελπίζω να καταλάβετε το άρθρο και να μάθετε κάτι νέο. Εάν έχετε κάποιο πρόβλημα να το κάνετε αυτό για εσάς, αφήστε τις ερωτήσεις σας στην ενότητα σχολίων ή χρησιμοποιήστε το φόρουμ για περισσότερη τεχνική βοήθεια.