Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Jak to działa? - Prosty miernik pojemności (opis i schematy)

W numerze 7/2019 przedstawiony był, pokazany na rysunku B, nieskomplikowany układ elektroniczny. Jest to prosty miernik pojemności.
Article Image

Układ z cewką staje się generatorem, a częstotliwość drgań jest zależna od indukcyjności L, więc mierząc tę częstotliwość albo oglądając wytwarzany przebieg za pomocą oscyloskopu, można, co prawda z niezbyt dużą dokładnością, ale za to w prosty sposób oszacować indukcyjność dołączonej cewki.

Było to niejako przedłużenie zadania Jak to działa?, rozwiązanego w numerze lipcowym, gdzie analizowana była przystawka do pomiaru indukcyjności pracująca na zupełnie innej zasadzie.

Analizowany teraz układ został opisany w EDN 4/2007 w rubryce Design Ideas. Według zawartych tam informacji wartość indukcyjności można określić na podstawie częstotliwości ze wzoru L = 50 / f oraz na podstawie okresu: L = 50 * T. Jednostki wyjdą niejako same, stosownie do jednostek częstotliwości/czasu; przykładowo podstawiając okres w mikrosekundach, wynik otrzymamy w mikrohenrach.

W układzie z rysunku B podstawą oscylacji nie jest obwód rezonansowy. W ogóle nie wykorzystuje się rezonansu, tylko obwód czasowy LR o stałej czasowej L/R, analogicznie jak (znacznie częściej) wykorzystywane są obwody czasowe RC.

Rys.B Prosty miernik pojemności - schemat

Dwa tranzystory i rezystory tworzą układ przerzutnika bistabilnego, który bez cewki L pozostaje w jednym ze stanów stabilnych. Dołączenie cewki powoduje, że układ staje się oscylatorem. Jego częstotliwość zależy od kilku czynników, ale głównie od stałej czasowej L/R. Według oryginalnego opisu o częstotliwości decydują głównie rezystancje RR, RL. Istotny jest też fakt, że tranzystory podczas pracy nie wchodzą w nasycenie, co pozwala w pełni wykorzystać ich szybkość.

Przy małych indukcyjnościach L częstotliwość oscylacji jest duża, dlatego w układzie zaproponowano tranzystory 2N5179. Są to krzemowe tranzystory w.cz., przeznaczone do pracy w zakresie VHF i UHF. Jednak układ powinien pracować też z dowolnymi tranzystorami, a wtedy zmieni się dolna granica pomiaru. Na oryginalnym schemacie (rysunek C) jest redakcyjny dopisek, że należy minimalizować długość połączeń wszystkich elementów układu.

Ważne jest też, by wyjście nie było obciążone znaczącą pojemnością. Jak wiadomo, sondy oscyloskopowe z dzielnikiem 1:10 mają pojemność kilkunastu pikofaradów, ale wejścia mierników częstotliwości dołączone kablem współosiowym mogą mieć pojemność (wraz z kablem) znacznie powyżej 100pF.

Rys.C Prosty miernik pojemności - schemat oryginalny

Z uwagi na mimo wszystko ograniczoną szybkość przełączania tranzystorów, dolna granica pomiarów jest rzędu 1 mikrohenra. W opisie podano też sposób pomiaru mniejszych indukcyjności: otóż wystarczy wziąć drugą cewkę o znanej, znacznie większej indukcyjności i przeprowadzić dwa pomiary: tylko cewki dodatkowej oraz szeregowego połączenia cewek dodatkowej i badanej. Odjęcie wyników obu pomiarów da indukcyjność małej cewki badanej.

Zasadniczo górnej granicy pomiaru nie ma – teoretycznie można byłoby mierzyć cewki o dowolnie dużej indukcyjności, nawet wielu henrów. W praktyce barierą jest jednak nieuchronna rezystancja szeregowa ESR badanej cewki. Według opisu przy ESR powyżej 70 omów układ przestaje być generatorem, tylko staje się przerzutnikiem dwustabilnym. Na stronie https://ubm.io/2lZriLM można znaleźć oryginalny opis w pliku HTML i dostępny jest też tam link do pliku PDF.

Ten sam układ miernika pojemności mona znaleźć na wielu stronach, między innymi na następujących:

http://blog.grozak.com/2015/10/28/simple-l-meter/
https://www.homemade-circuits.com/15-v-inductance-meter-circuit/
http://www.zen22142.zen.co.uk/Circuits/Testgear/inductance_meter.html

Na niektórych podane są konkretne informacje praktyczne o realizacji i uzyskanych wynikach pomiarów.

Rys.D Do generatora dodany jest stopień buforujący sygnał wyjściowy dla miernika i zastosowana jest przetwornica

W tak prostym układzie, przy niezbyt dużej stabilności napięcia zasilania (wyładowanie baterii/akumulatora), nie można się spodziewać dużej precyzji. Ponadto na wyniki na pewno ma wpływ pojemność wejściowa przyrządu pomiarowego (częstościomierza lub oscyloskopu). Przy małych indukcyjnościach nieliniowość zwiększają opóźnienia tranzystorów. Przy większych – rezystancja ESR. Pomimo takich niedoskonałości, zaproponowana bardzo prosta metoda pomiaru indukcyjności jest interesująca. Na pewno może być pomocna przy określeniu nominału gotowych cewek, które nie mają oznaczeń.

Bardziej rozbudowana wersja takiego miernika przedstawiona jest na stronie: http://ee.david.promo/lmeter/ gdzie do generatora dodany jest stopień buforujący sygnał wyjściowy dla miernika i zastosowana jest przetwornica obniżająca do 2V napięcie 9-woltowej baterii – rysunek D.

W Internecie są inne przykłady prostych i bardzo prostych mierników i sposobów pomiaru indukcyjności.

Na pierwszy rzut oka dziwny opis metody pomiarowej bez przystawki – tylko przez pomiar napięć za pomocą generatora „sinusa” i oscyloskopu według rysunku E, jest zamieszczony na stronie:
www.dos4ever.com/inductor/inductor.html.

Rys.E Pomiar napięć za pomocą generatora „sinusa” i oscyloskopu

Wykorzystuje tylko zależność reaktancji XL od pojemności. Zawiera też informacje o uwzględnieniu rezystancji ESR.

Kolejny interesujący przykład miernika indukcyjności i pojemności można znaleźć na stronie:
http://zpostbox.ru/simple_lc_meter.html

Rys.F Bardzo nietypowy generator i fragment licznika

Rysunek F przedstawia bardzo nietypowy generator i fragment licznika. Według opisu układ musi pracować przy podanym obniżonym napięciu zasilania. Pokazany na rysunku G układ ze strony www.iq-technologies.net/projects/test/016/ to klasyczny generator LC w układzie Colpittsa, czyli wykorzystujący rezonans.

Rys.G Klasyczny generator LC w układzie Colpittsa

W obu ostatnich układach pomiar indukcyjności polega na pomiarze częstotliwości, co realizowane jest w różny sposób.

AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich listopad 2019
Udostępnij
Czytelnia kategorie
AI-Sztuczna Inteligencja
Aparatura
Arduino
Artykuły
Audio
Automatyka
Ciekawostki
CNC
DIY
Druk 3d
Elektromechanika Fotowoltaika
FPGA-CPLD-SPLD
GPS
IC-układy scalone
Interfejsy
IoT
Konkursy
Książki
Lasery
LED/LCD/OLED
Mechatronika
Mikrokontrolery (MCV,μC)
Moc Moduły
Narzędzia
Optoelektronika
PCB/Montaż Podstawy elektroniki
Podzespoły bierne
Półprzewodniki Pomiary i testy
Porady
Projektowanie
Raspberry Pi
Retro
RF
Robotyka
SBC-SIP-SoC-CoM
Sensory Silniki i serwo
Software
Sterowanie
Transformatory
Tranzystory
Wyświetlacze
Wywiady
Wzmacniacze Zasilanie
W tym numerze znajdziesz źródłową wersję artykułu publikowanego obok
Elektronika dla Wszystkich
listopad 2019
Elektronika dla Wszystkich
Przejrzyj i kup
UK Logo