Come misurare il valore dell'induttore o del condensatore usando l'oscilloscopio - metodo della frequenza di risonanza

Resistori, induttori e condensatori sono i componenti passivi più comunemente usati in quasi tutti i circuiti elettronici. Di questi tre il valore delle resistenze e dei condensatori è comunemente contrassegnato sopra di esso come codice colore del resistore o come contrassegno numerico. Anche la resistenza e la capacità possono essere misurate utilizzando un normale multimetro. Ma la maggior parte degli induttori, specialmente quelli con nucleo in ferrite e con nucleo in aria, per qualche motivo non sembra avere alcun tipo di marcatura su di essi. Questo diventa abbastanza fastidioso quando devi selezionare il giusto valore di induttore per il tuo progetto di circuito o ne hai recuperato uno da un vecchio PCB elettronico e volevi conoscerne il valore.

Una chiara soluzione per questo problema è usare un misuratore LCR che possa misurare il valore dell'induttore, del condensatore o del resistore e visualizzarlo direttamente. Ma non tutti hanno a portata di mano un misuratore LCR, quindi in questo articolo impariamo come utilizzare un oscilloscopio per misurare il valore dell'induttore o del condensatore utilizzando un circuito semplice e calcoli facili. Ovviamente se hai bisogno di un modo più veloce e robusto per farlo, puoi anche costruire il tuo misuratore LC che utilizza la stessa tecnica insieme a un MCU aggiuntivo per leggere il valore sul display.

Materiali richiesti

• Oscilloscopio
• Signal Generator o semplice segnale PWM da Arduino o altro MCU
• Diodo
• Condensatore conosciuto (0.1uf, 0.01uf, 1uf)
• Resistenza (560 ohm)
• Calcolatrice

Per misurare il valore di un induttore o condensatore sconosciuto, dobbiamo costruire un semplice circuito chiamato circuito del serbatoio. Questo circuito può anche essere chiamato circuito LC o circuito risonante o circuito sintonizzato. Un circuito del serbatoio è un circuito in cui avremo un induttore e un condensatore collegati in parallelo tra loro e quando il circuito è alimentato la tensione e la corrente attraverso di esso risuoneranno a una frequenza chiamata frequenza di risonanza. Capiamo come ciò avvenga prima di andare avanti.

Come funziona un Tank Circuit?

Come detto in precedenza, un tipico circuito di un serbatoio è costituito da un induttore e un condensatore collegati in parallelo. Il condensatore è un dispositivo costituito da due sole piastre parallele in grado di immagazzinare energia nel campo elettrico e un induttore è una bobina avvolta su un materiale magnetico che è anche in grado di immagazzinare energia nel campo magnetico.

Quando il circuito è alimentato, il condensatore si carica e poi quando l'alimentazione viene rimossa il condensatore scarica la sua energia nell'induttore. Nel momento in cui il condensatore scarica la sua energia nell'induttore, l'induttore si carica e userebbe la sua energia per spingere la corrente nel condensatore con polarità opposta in modo che il condensatore si carichi di nuovo. Ricorda che induttori e condensatori cambiano polarità quando si caricano e si scaricano. In questo modo la tensione e la corrente oscillerebbero avanti e indietro creando una risonanza come mostrato nell'immagine GIF sopra.

Ma questo non può accadere per sempre perché, ogni volta che il condensatore o l'induttore si carica e scarica una certa energia (tensione) viene persa a causa della resistenza del filo o come energia magnetica e lentamente l'ampiezza della frequenza di risonanza svanirebbe come mostrato di seguito forma d'onda.

Una volta ottenuto questo segnale nel nostro oscilloscopio, possiamo misurare la frequenza di questo segnale che non è altro che la frequenza di risonanza, quindi possiamo utilizzare le formule seguenti per calcolare il valore dell'induttore o del condensatore.

FR = 1 / / 2π √LC

Nelle formule precedenti F _R è la frequenza di risonanza, quindi se conosciamo il valore del condensatore possiamo calcolare il valore dell'induttore e allo stesso modo conosciamo il valore dell'induttore possiamo calcolare il valore del condensatore.

Predisposizione per misurare induttanza e capacità

Basta teoria, ora iniziamo a costruire il circuito su una breadboard. Qui ho un induttore il cui valore dovrei scoprire usando un valore noto di induttore. La configurazione del circuito che sto usando qui è mostrata di seguito

Il condensatore C1 e l'induttore L1 formano il circuito del serbatoio, il diodo D1 viene utilizzato per impedire alla corrente di rientrare nella sorgente del segnale PWM e il resistore 560 ohm viene utilizzato per limitare la corrente attraverso il circuito. Qui ho usato il mio Arduino per generare forma d'onda PWM con frequenza variabile, puoi usare un generatore di funzioni se ne hai uno o semplicemente usare qualsiasi segnale PWM. L'oscilloscopio è collegato attraverso il circuito del serbatoio. Una volta completato il circuito, la mia configurazione hardware appariva come di seguito. Puoi anche vedere il mio induttore core torrido sconosciuto qui

Ora accendi il circuito usando il segnale PWM e osserva un segnale di risonanza sull'oscilloscopio. Puoi provare a cambiare il valore del condensatore se non ottieni un segnale di frequenza di risonanza chiaro, comunemente il condensatore da 0,1uF dovrebbe funzionare per la maggior parte degli induttori, ma puoi anche provare con valori inferiori come 0,01uF. Una volta ottenuta la frequenza di risonanza, dovrebbe assomigliare a questa.

Come misurare la frequenza di risonanza con l'oscilloscopio?

Per alcune persone la curva apparirà come tale, per altri potresti dover modificare un po '. Assicurati che la sonda dell'oscilloscopio sia impostata su 10x poiché abbiamo bisogno del condensatore di disaccoppiamento. Impostare anche la divisione del tempo a 20us o meno e quindi ridurre la grandezza a meno di 1V. Ora prova ad aumentare la frequenza del segnale PWM, se non hai un generatore di forme d'onda prova a diminuire il valore del condensatore finché non noti la frequenza di risonanza. Una volta ottenuta la frequenza di risonanza, metti l'oscilloscopio in sequenza singola. modalità per ottenere una forma d'onda chiara come quella mostrata sopra.

Dopo aver ricevuto il segnale dobbiamo misurare la frequenza di questo segnale. Come puoi vedere, l'ampiezza del segnale scompare con l'aumentare del tempo, quindi possiamo selezionare qualsiasi ciclo completo del segnale. Alcuni oscilloscopi potrebbero avere una modalità di misura per fare lo stesso, ma qui ti mostrerò come usare il cursore. Posizionare la prima linea del cursore all'inizio dell'onda sinusoidale e il secondo cursore alla fine dell'onda sinusoidale come mostrato di seguito per misurare il periodo della frequenza. Nel mio caso il periodo di tempo era come evidenziato nella foto sotto. Il mio ambito mostra anche la frequenza, ma per scopi di apprendimento basta considerare il periodo di tempo è anche possibile utilizzare le linee del grafico e il valore della divisione temporale per trovare il periodo di tempo se l'oscilloscopio non lo visualizza.

Abbiamo misurato solo il periodo di tempo del segnale, per conoscere la frequenza possiamo semplicemente usare le formule

F = 1 / T

Quindi, nel nostro caso il valore del periodo di tempo è 29.5uS che è 29,5 × 10 ^-6. Quindi il valore della frequenza sarà

F = 1 / (29,5 × ^10-6) = 33,8 KHz

Ora abbiamo la frequenza di risonanza come 33,8 × 10 ³ Hz e il valore del condensatore come 0.1uF che è 0,1 × 10 ^-6 F sostituendo tutto questo nelle formule otteniamo

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

Risolvendo per L otteniamo

L = (1 / (2π x 33,8 x 10 ³) ² / 0,1 × 10 ^-6 = 2.219 × 10 ^-4 = 221 × 10 ^-6 L ~ = 220 uH

Quindi, il valore dell'induttore sconosciuto è calcolato come 220uH, allo stesso modo puoi anche calcolare il valore del condensatore usando un induttore noto. L'ho provato anche con pochi altri valori noti dell'induttore e sembra che funzionino perfettamente. Potete trovare la lavorazione completa anche nel video allegato qui sotto.

Spero che tu abbia capito l'articolo e imparato qualcosa di nuovo. Se hai qualche problema nel far funzionare questo per te, lascia le tue domande nella sezione commenti o usa il forum per ulteriore assistenza tecnica.