- Erforderliche Materialien
- Wie funktioniert ein Tank Circuit?
- Einrichtung zur Messung von Induktivität und Kapazität
- Wie misst man die Resonanzfrequenz mit einem Oszilloskop?
Widerstände, Induktivitäten und Kondensatoren sind die am häufigsten verwendeten passiven Komponenten in fast allen elektronischen Schaltkreisen. Von diesen drei wird der Wert von Widerständen und Kondensatoren üblicherweise entweder als Widerstandsfarbcode oder als numerische Markierung darüber markiert. Auch der Widerstand und die Kapazität können mit einem normalen Multimeter gemessen werden. Aber die meisten Induktoren, insbesondere die mit Ferritkern und Luftkern, scheinen aus irgendeinem Grund keine Markierung zu haben. Dies wird ziemlich ärgerlich, wenn Sie den richtigen Induktorwert für Ihr Schaltungsdesign auswählen müssen oder einen von einer alten elektronischen Leiterplatte geborgen haben und den Wert davon wissen wollten.
Eine direkte Lösung für dieses Problem besteht darin, ein LCR-Messgerät zu verwenden, das den Wert des Induktors, Kondensators oder Widerstands messen und direkt anzeigen kann. Aber nicht jeder hat ein LCR-Messgerät zur Hand. In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie mit einem Oszilloskop den Wert eines Induktors oder Kondensators mithilfe einer einfachen Schaltung und einfacher Berechnungen messen. Wenn Sie eine schnellere und robustere Methode benötigen, können Sie natürlich auch Ihr eigenes LC-Messgerät bauen, das dieselbe Technik zusammen mit einer zusätzlichen MCU verwendet, um die Anzeige des Werts abzulesen.
Erforderliche Materialien
- Oszilloskop
- Signalgenerator oder einfaches PWM-Signal von Arduino oder einer anderen MCU
- Diode
- Bekannter Kondensator (0.1uf, 0.01uf, 1uf)
- Widerstand (560 Ohm)
- Taschenrechner
Um den Wert eines unbekannten Induktors oder Kondensators zu messen, müssen wir eine einfache Schaltung aufbauen, die als Tankschaltung bezeichnet wird. Diese Schaltung kann auch als LC-Schaltung oder Resonanzschaltung oder abgestimmte Schaltung bezeichnet werden. Ein Tankkreis ist ein Kreis, in dem ein Induktor und ein Kondensator parallel zueinander geschaltet sind. Wenn der Kreis mit Strom versorgt wird, schwingen Spannung und Strom über ihn mit einer Frequenz, die als Resonanzfrequenz bezeichnet wird. Lassen Sie uns verstehen, wie dies geschieht, bevor wir vorwärts gehen.
Wie funktioniert ein Tank Circuit?
Wie bereits erwähnt, besteht ein typischer Tankkreis nur aus einem Induktor und einem Kondensator, die parallel geschaltet sind. Der Kondensator ist eine Vorrichtung, die aus nur zwei parallelen Platten besteht, die Energie im elektrischen Feld speichern können, und ein Induktor ist eine Spule, die über ein magnetisches Material gewickelt ist, das auch Energie im Magnetfeld speichern kann.
Wenn die Schaltung mit Strom versorgt wird, wird der Kondensator aufgeladen, und wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, entlädt der Kondensator seine Energie in den Induktor. Wenn der Kondensator seine Energie in den Induktor abführt, wird der Induktor aufgeladen und würde seine Energie verwenden, um Strom mit entgegengesetzter Polarität zurück in den Kondensator zu drücken, so dass der Kondensator wieder aufgeladen wird. Denken Sie daran, dass Induktivitäten und Kondensatoren beim Laden und Entladen die Polarität ändern. Auf diese Weise würden die Spannung und der Strom hin und her schwingen und eine Resonanz erzeugen, wie im obigen GIF-Bild gezeigt.
Dies kann jedoch nicht für immer geschehen, da jedes Mal, wenn der Kondensator oder die Induktivität etwas Energie (Spannung) auflädt und entlädt, aufgrund des Widerstands des Drahtes oder als magnetische Energie verloren geht und die Größe der Resonanzfrequenz langsam nachlässt, wie unten gezeigt Wellenform.
Sobald wir dieses Signal in unserem Oszilloskop haben, können wir die Frequenz dieses Signals messen, die nichts anderes als die Resonanzfrequenz ist. Dann können wir die folgenden Formeln verwenden, um den Wert des Induktors oder Kondensators zu berechnen.
FR = 1 / / 2π √LC
In den obigen Formeln ist F R die Resonanzfrequenz, und wenn wir den Wert des Kondensators kennen, können wir den Wert des Induktors berechnen, und in ähnlicher Weise kennen wir den Wert des Induktors, können wir den Wert des Kondensators berechnen.
Einrichtung zur Messung von Induktivität und Kapazität
Genug der Theorie, jetzt bauen wir die Schaltung auf einem Steckbrett. Hier habe ich einen Induktor, dessen Wert ich anhand eines bekannten Induktivitätswerts herausfinden sollte. Der Schaltungsaufbau, den ich hier verwende, ist unten gezeigt
Der Kondensator C1 und der Induktor L1 bilden die Tankschaltung, die Diode D1 verhindert, dass der Strom zurück in die PWM-Signalquelle gelangt, und der Widerstand 560 Ohm wird zur Begrenzung des Stroms durch die Schaltung verwendet. Hier habe ich mein Arduino verwendet, um eine PWM-Wellenform mit variabler Frequenz zu erzeugen. Sie können einen Funktionsgenerator verwenden, wenn Sie einen haben, oder einfach ein beliebiges PWM-Signal verwenden. Das Zielfernrohr ist über den Tankkreis angeschlossen. Meine Hardware-Einrichtung sah nach Abschluss der Schaltung wie folgt aus. Sie können hier auch meinen unbekannten heißen Kerninduktor sehen
Schalten Sie nun den Stromkreis mit dem PWM-Signal ein und achten Sie auf ein Resonanzsignal am Oszilloskop. Sie können versuchen, den Wert des Kondensators zu ändern, wenn Sie kein klares Resonanzfrequenzsignal erhalten. Normalerweise sollte ein 0,1-uF-Kondensator für die meisten Induktivitäten funktionieren, aber Sie können es auch mit niedrigeren Werten wie 0,01 uF versuchen. Sobald Sie die Resonanzfrequenz erhalten haben, sollte sie ungefähr so aussehen.
Wie misst man die Resonanzfrequenz mit einem Oszilloskop?
Bei einigen Personen wird die Kurve als solche angezeigt, bei anderen müssen Sie möglicherweise einige Anpassungen vornehmen. Stellen Sie sicher, dass die Oszilloskopsonde auf 10x eingestellt ist, da wir den Entkopplungskondensator benötigen. Stellen Sie auch die Zeitteilung auf 20us oder weniger ein und verringern Sie dann die Größe auf weniger als 1V. Versuchen Sie nun, die Frequenz des PWM-Signals zu erhöhen. Wenn Sie keinen Wellenformgenerator haben, verringern Sie den Wert des Kondensators, bis Sie die Resonanzfrequenz bemerken. Sobald Sie die Resonanzfrequenz erhalten haben, setzen Sie das Zielfernrohr in eine einzige Sequenz. Modus, um eine klare Wellenform wie die oben gezeigte zu erhalten.
Nachdem wir das Signal erhalten haben, müssen wir die Frequenz dieses Signals messen. Wie Sie sehen können, lässt die Größe des Signals mit zunehmender Zeit nach, sodass wir einen beliebigen vollständigen Zyklus des Signals auswählen können. Einige Bereiche verfügen möglicherweise über einen Messmodus, um dasselbe zu tun. Hier zeige ich Ihnen jedoch, wie Sie den Cursor verwenden. Platzieren Sie die erste Cursorzeile am Anfang der Sinuswelle und den zweiten Cursor am Ende der Sinuswelle, wie unten gezeigt, um die Periode der Frequenz zu messen. In meinem Fall war der Zeitraum wie im Bild unten hervorgehoben. Mein Bereich zeigt auch die Häufigkeit an, aber zu Lernzwecken berücksichtigen Sie einfach den Zeitraum. Sie können auch die Diagrammlinien und den Zeitteilungswert verwenden, um den Zeitraum zu ermitteln, wenn Ihr Bereich ihn nicht anzeigt.
Wir haben nur den Zeitraum des Signals gemessen, um die Frequenz zu kennen, können wir einfach die Formeln verwenden
F = 1 / T.
In unserem Fall beträgt der Wert des Zeitraums 29,5 uS, was 29,5 × 10 –6 entspricht. Der Wert der Frequenz wird also sein
F = 1 / (29,5 × 10 –6) = 33,8 kHz
Jetzt haben wir die Resonanzfrequenz als 33,8 × 10 3 Hz und den Wert des Kondensators als 0,1 uF, der 0,1 × 10 –6 F ist, und ersetzen all dies in den Formeln, die wir erhalten
FR = 1/2π √LC 33,8 × 10 3 = 1/2π √L (0,1 × 10 –6)
Wenn wir nach L auflösen, bekommen wir
L = (1 / (2 & pgr; × 33,8 × 10 3) 2 / 0,1 × 10 –6 = 2,219 × 10 –4 = 221 × 10 –6 L ~ = 220 uH
Der Wert eines unbekannten Induktors wird also mit 220 uH berechnet. Ebenso können Sie den Wert des Kondensators mit einem bekannten Induktor berechnen. Ich habe es auch mit wenigen anderen bekannten Induktorwerten versucht und sie scheinen gut zu funktionieren. Die vollständige Arbeit finden Sie auch im unten angehängten Video.
Ich hoffe, Sie haben den Artikel verstanden und etwas Neues gelernt. Wenn Sie Probleme haben, dies für Sie zum Laufen zu bringen, hinterlassen Sie Ihre Fragen im Kommentarbereich oder nutzen Sie das Forum, um weitere technische Hilfe zu erhalten.