medidor de LC. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Quero oferecer um medidor LC de leitura direta. Esta sonda, apesar de sua simplicidade, tem um grande potencial. Permite medir:

• capacitância de capacitores (sem soldá-los fora do circuito);
• indutância;
• frequência do sinal (nível TTL);
• tangente e resistência à perda de capacitores;
• permeabilidade magnética dos núcleos;
• fator de qualidade dos indutores;
• a presença de espiras em curto-circuito nas bobinas. O circuito da sonda é mostrado na fig. 1.

Arroz. 1 (clique para ampliar)

Nos elementos DD1 e DD2, é montado um gerador, cujo elemento de temporização é a capacitância ou indutância medida. Nos elementos DD3 e DD4, é montado um divisor de frequência com uma taxa de divisão máxima de 16777211. Toda a escala da sonda inclui 25 valores que diferem entre si em 2 vezes. Quando a sonda está em operação, é determinado visualmente qual frequência de piscamento do LED está mais próxima de 1 Hz. As leituras opostas são o resultado da medição. O diodo VD2 protege o dispositivo contra inversão de energia.

Medição de capacitância. O capacitor deve ser descarregado antes da medição. Coloque a chave S1 na posição aberta (medição de capacitância). Dependendo da precisão necessária, a medição pode ser realizada de três maneiras.

especificações:

• Tensão de alimentação nominal, V ...... 4,3
• Corrente de consumo, mA, não mais ...... 45
• Faixa de capacitância medida, uF......80*10^-6...25*10³
• Faixa de indutância medida, H......2,5*10^-6... 40
• Faixa de frequência medida, Hz......1...16*10⁶
• A amplitude da tensão nas pontas de prova ao medir capacitâncias, V ...... 0,35
• A amplitude da tensão nas pontas de prova ao medir indutâncias, V ...... 10
• Fator de qualidade mínimo de indutâncias ...... 11

Método 1. O capacitor medido é conectado às pontas de prova (você não pode soldá-lo do circuito) e é determinado qual LED pisca a uma frequência de cerca de 1 Hz. Na escala oposta, o valor da capacitância é lido.

Método 2. Para uma medição de capacitância mais precisa, você precisa fazer tudo como no método 1, apenas olhar para o LED que pisca em uma frequência maior que 1 Hz, contar o número de piscadas em 10 segundos e calcular a frequência de piscamento por dividindo o número contado por 10. Leitura oposta a este LED dividido pela frequência recebida. O resultado será o valor da capacitância do capacitor.

Método 3. Para uma determinação ainda mais precisa da capacitância, você pode usar um osciloscópio ou medidor de frequência. Além disso, ao usar um osciloscópio, você também pode avaliar a qualidade do capacitor testado (determinar a tangente de perda). Depois de conectar um osciloscópio ou medidor de frequência às pontas de prova, você precisa tocar o capacitor testado com as mesmas pontas de prova. Se o capacitor tiver baixas perdas, então a forma de onda será como mostrado na Fig. 2a. Para grandes perdas, o oscilograma terá a aparência da Fig. 2b. Determine o valor do período T e, usando a fórmula (1), calcule a capacitância do capacitor:

C=T/40-5*10^-9 (F). (1)

Ao reparar equipamentos de rádio, basta medir a capacitância do capacitor de acordo com o método 1. Se o valor da capacitância obtido for inferior ao valor nominal indicado no capacitor em 2 ou mais vezes, esse capacitor deve ser substituído.

Fig. 2

Medição de indutância. A indutância, como a capacitância, pode ser medida de três maneiras.

Método 1. É semelhante ao método 1 para medições de capacitância. Somente a chave S1 precisa ser fechada.

Método 2. Semelhante ao método 2 para medir capacitâncias de capacitores. Chave S1 posicionada para medição da indutância (fechada).

Método 3. Semelhante ao método 3 para medições de capacitância. A indutância é calculada pela fórmula

L \u40d 2 * T (H), (XNUMX)

e a visualização dos oscilogramas para bobinas com baixas e altas perdas é mostrada na Fig. Para e 3b, respectivamente. Os valores das capacitâncias dos capacitores e indutâncias das bobinas com perdas, determinados por meio de sonda, conterão um erro - quanto maior, maiores serão essas perdas.

Fig. 3

Medição da frequência do sinal. A ponta de prova permite medir a frequência de um sinal de nível TTL, desde que a fonte de alimentação da ponta de prova seja galvanicamente isolada da fonte de alimentação do circuito sob teste. A chave S1 deve ser ajustada na posição para medir a indutância. Toque o fio comum com uma ponta de prova e a fonte de sinal com a outra. Em frente ao LED piscando na frequência de cerca de 1 Hz, leia a indicação da frequência do sinal. Para uma determinação mais precisa da frequência, você pode usar o método 2.

Determinação da tangente de perda de condensadores. A tangente de perda (tg d) pode ser determinada com precisão usando um osciloscópio.

Método 1. Para fazer isso, você precisa conectar um osciloscópio e o capacitor em teste às pontas de prova. Se a forma de onda se parece com a da Fig. 2b, o capacitor apresenta perdas, cujo valor pode ser calculado. Um capacitor com perdas pode ser substituído por um circuito equivalente - um capacitor e uma resistência de perda conectados em série. Então a tangente de perda é:

tg d = Rp/Xc = Rp/(2*pi*f*C), (3)

onde Rp - resistência à perda (Ohm); Xc - reatância do capacitor (Ohm); f é a frequência na qual o capacitor opera (Hz); C é a capacitância do capacitor (F).

Para esta sonda:

Rp \u0,03d Para cima / 4 (Ohm). (quatro)

Up - medido em um osciloscópio, de acordo com a fig. 2b. Quando um capacitor é conectado à sonda, o período T, levando em consideração a resistência de perda Rp, é igual a:

T \u3,33d 12 * (5-Rp) * (C + 10 * 9-5) (s) (XNUMX)

Se Rp=0 for substituído nesta fórmula, então a fórmula (1) é obtida.

Método 2. Meça a capacitância do capacitor usando uma ponta de prova. Se a sonda mostrou uma capacitância 2 ou mais vezes menor que o valor do capacitor (indicado nela), esse capacitor possui uma grande resistência à perda Rp e, consequentemente, um grande tg d. Então, de acordo com a fórmula (5), a resistência à perda pode ser encontrada. Os resultados do cálculo estão resumidos na tabela:

Na linha superior da tabela - a multiplicidade das leituras da sonda (quantas vezes a capacitância do capacitor é menor que a capacitância indicada na caixa do capacitor. Na linha inferior - a resistência de perda correspondente.

Determinação do fator de qualidade de indutores. Determine a indutância da bobina L1. Usando um ohmímetro (de preferência digital), meça a resistência ativa da bobina R. Calcule a reatância em uma determinada frequência.

XL= 2*pi*f*L (ohm), (6)

onde XL é a reatância da bobina (Ohm); f - frequência de operação (Hz); L - indutância da bobina (H).

O fator de qualidade do indutor é calculado pela fórmula;

Q=XL/R. (7)

Nesta sonda, as leituras são perceptíveis em Q> 11.

arroz. 4.

Determinação da permeabilidade magnética de um núcleo de ferrite. Considere três tipos de núcleos (Fig. 4). Vamos calcular os valores necessários para determinar a permeabilidade magnética dos núcleos.

lM \u2d (D + d) * pi / 9 (XNUMX)

SM \u2d (D - d) * h / 10 (XNUMX)

lM=2*(A+B-2*C) (11)

SM=h*c (12)

lM=2*(h+а+с)+3/2*а (13)

SM \u14d a * b (XNUMX)

As fórmulas (9) e (10) são usadas para o anel, (11) e (12) para o núcleo em forma de U e (13) e (14) para o núcleo em forma de W. Todas as dimensões nas fórmulas (9)...(14) são medidas em centímetros.

Enrole pelo menos 15 voltas de fio (a granel) no núcleo e meça a indutância resultante com uma sonda (para um núcleo em forma de E, as voltas devem ser enroladas no tamanho a). A permeabilidade magnética efetiva do núcleo é calculada pela fórmula

ue=(L*lM)/(u0*n²*SM) (15)

onde L é a indutância da bobina enrolada neste núcleo (H);

lm é o comprimento da linha de campo magnético médio (cm);

SM - área da seção transversal do circuito magnético (cm²);

u0 - permeabilidade magnética a vácuo (u0=4*pi*10^-9 H/cm);

n é o número de voltas.

Identificação de espiras em curto-circuito. Para determinar a presença de espiras em curto-circuito em bobinas enroladas em núcleos em forma de anel, em forma de U e em forma de W, é necessário comparar a indutância medida pela sonda e a calculada:

L=u0*ue*n2*Sm/lm, (16)

onde ue é a permeabilidade magnética efetiva para materiais de ferrite (indicada neles). Se for desconhecido, pode ser determinado conforme descrito acima.

Se a indutância determinada pela sonda for 2 ou mais vezes menor que a calculada, então há espiras em curto-circuito na bobina.

Detalhes. As fórmulas (1, 2, 4, 5) são válidas apenas para uma sonda montada em microcircuitos 74HC00. Se o gerador de sonda for montado em microcircuitos de outras séries, inclusive domésticos, os fatores de correção aparecerão nas fórmulas. Ao escolher chips, você precisa se lembrar que:

• a oscilação de tensão nas sondas da sonda não deve exceder 0,3 ... 0,4 V, de modo que as junções p-n não apenas do silício, mas também dos transistores e diodos de germânio não se abram. Isso permite que você verifique os capacitores sem soldá-los fora das placas;
• Os CIs devem ser rápidos o suficiente (faixa de medição mais ampla);
• ao usar algumas séries, é necessário conectar um capacitor C6 1000 pF ... 0,01 μF (Fig. 1) para uma partida estável do gerador. Isso reduz drasticamente a faixa de medição.

O autor testou microcircuitos das séries K155, K555, K531, K131, KR1533, 7400, 74LS00, 74NS00. Acima de tudo, o chip KR1533LAZ atendeu a todos os requisitos. Ela tinha uma oscilação de tensão nas pontas de prova de cerca de 0,02 V. Mas, por causa disso, ela se revelou muito sensível a interferências e interferências das mãos. Foi necessário aplicar medidas especiais que reduziram drasticamente a faixa de medição. O IC K155LAZ teve uma grande oscilação de tensão, que abriu junções p-n até mesmo de transistores e diodos de silício. K555LAZ abriu junções p-p apenas de transistores e diodos de germânio. Portanto, a partir dessas séries, é melhor usar o chip 74HCOO. É insensível a interferências e interferências das mãos, não abre junções p-n mesmo de transistores e diodos de germânio. Além disso, possui baixo consumo de energia.

Para contadores, também é melhor usar chips da série CD74HCT4040, porque. eles são suficientemente de alta frequência, têm uma corrente de saída suficiente para um bom brilho dos LEDs e consomem pouca energia. A tensão de alimentação deve ser estável. É selecionado 4,4 V. Ao escolher a tensão de alimentação, deve-se lembrar que sua alteração leva a uma alteração nos coeficientes das fórmulas (1, 2, 4, 5) e, portanto, afeta as leituras da sonda. Ao alterar Un, você pode alterar o intervalo de valores medidos em uma direção ou outra. Alterar a tensão de alimentação também afeta a sensibilidade da ponta de prova a capacitores com perdas. Se você diminuir, a sensibilidade cai, aumente - aumenta.

LEDs na sonda - qualquer brilho vermelho. Você não pode instalar todos eles, mas instale, por exemplo, por meio de um. É verdade que o passo da escala aumentará neste caso.

Fixação. A sonda é colocada em uma placa de 105x30 mm. A escala da sonda é calculada de acordo com as fórmulas 1 e 2 e é verdadeira apenas ao usar o chip 74NSOO e uma tensão de alimentação de 4,3 V. É aconselhável instalar o chip DD2 no soquete, porque. se você tocar acidentalmente a ponta de prova em um capacitor não descarregado sob alta tensão, o microcircuito pode queimar. Portanto, é imperativo descarregar os capacitores antes da medição.

As sondas da sonda devem ser o mais curtas possível. mesmo uma indutância muito pequena das pontas de prova afeta seu desempenho. Na versão do autor, o comprimento de uma sonda (junto com o cabo) é de 22 cm e a outra é de 10 cm.

Autor: S.Volodko, Gomel.

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