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Circuitos caseiros de medidores digitais l c f. Medidor RLC e ESR, ou dispositivo para medição de capacitores, indutâncias e resistores de baixa resistência. Características das medições, ou não ter problemas

Circuitos caseiros de medidores digitais l c f. Medidor RLC e ESR, ou dispositivo para medição de capacitores, indutâncias e resistores de baixa resistência. Características das medições, ou não ter problemas

Este artigo fornece um medidor LC que você pode montar com suas próprias mãos. É construído sobre cinco transistores e, apesar de sua simplicidade, permite medir a capacitância dos capacitores e a indutância das bobinas em uma ampla faixa. Para medição, foram utilizadas 4 faixas para capacitores e 5 faixas para bobinas. Após calibração simples, usando dois resistores de corte, o erro máximo de medição em todas as faixas não é superior a 3%.

Descrição da operação de um medidor LC de transistor

Abaixo está diagrama de circuito medidor LC de transistor. A base do circuito do medidor LC é um gerador construído nos transistores VT1, VT2 e elementos relacionados. Sua frequência de operação é definida por um circuito LC composto por um capacitor medido Cx e uma bobina L1 conectada em paralelo (ao medir capacitância, os contatos X1 e X2 devem estar conectados) ou uma indutância medida Lx conectada em série com a bobina L1 e um paralelo -capacitor conectado C1.

Ao conectar o elemento medido (capacitor ou bobina) ao medidor LC, o gerador passa a operar em uma determinada frequência, que é medida por um simples frequencímetro composto pelos transistores VT3 e VT4. Esta medida é convertida para DC, o que leva a uma deflexão da agulha do microamperímetro com escala de 100 μA.

Na montagem, é necessário utilizar fios de conexão curtos para conectar os elementos de medição. Depois montagem final você precisa calibrar o dispositivo em todas as faixas de medição.

Isso é feito selecionando as resistências dos resistores de corte R12 e R15 ao conectar componentes com valores pré-conhecidos à entrada. Como em uma faixa o valor da resistência dos resistores de corte será um e em outra será diferente, é necessário encontrar um compromisso para todas as faixas, enquanto o erro de medição não ultrapassará 3%. A tensão de alimentação do medidor LC deve ser estável. O consumo de corrente não excede 12 mA.

Um programa para medir resistência, indutância e capacitância de componentes eletrônicos desconhecidos.
Requer a fabricação de um adaptador simples para conexão a uma placa de som de computador (dois plugues, um resistor, fios e pontas de prova).

Baixe a versão de frequência única - Baixe o programa v1.11(arquivo 175 kB, uma frequência de operação).
Baixe a versão de dupla frequência - Baixe o programa v2.16(arquivo 174 kB, duas frequências de operação).

Esta é mais uma opção que se soma à já extensa coleção de programas semelhantes. Nem todas as ideias estão incorporadas aqui, e o trabalho continua. Você pode avaliar o funcionamento da “base” agora mesmo.

A base é o conhecido princípio de determinação das relações de amplitude e fase entre sinais de um componente conhecido (modelo) e de um componente cujos parâmetros precisam ser determinados. Um sinal senoidal gerado pela placa de som é usado como sinal de teste. Na primeira versão do programa foi utilizada apenas uma frequência fixa de 11025 Hz, na versão seguinte foi adicionada uma segunda (10 vezes menor). Isso possibilitou ampliar os limites superiores de medição de capacitâncias e indutâncias.

A escolha desta frequência específica (um quarto da frequência de amostragem) é a principal “inovação” que distingue este projeto dos restantes. Nesta frequência, o algoritmo de integração de Fourier (não confundir com a FFT - transformada rápida de Fourier) é simplificado tanto quanto possível, e indesejado efeitos colaterais, levando a um aumento do ruído no parâmetro medido, desaparecem completamente. Como resultado, o desempenho é drasticamente melhorado e a dispersão das leituras é reduzida (especialmente pronunciada nas bordas das faixas). Isso permite expandir as faixas de medição e usar apenas um elemento de referência (resistor).

Depois de montar o circuito conforme a figura e colocar os controles de nível do Windows na posição ideal, bem como ter realizado a calibração inicial usando as pontas de prova em curto (“Cal.0”), você pode iniciar imediatamente as medições. Com esta calibração, são facilmente detectadas baixas resistências, incluindo ESR, da ordem de 0,001 ohms, e o desvio padrão (desvio padrão) dos resultados da medição neste caso é de cerca de 0,0003 ohms. Se você fixar a posição dos fios (para que sua indutância não mude), poderá “capturar” indutâncias da ordem de 5 nH. É aconselhável calibrar “Cal.0” após cada inicialização do programa, pois a posição dos controles de nível no ambiente Windows pode, em geral, ser imprevisível.

Para expandir a faixa de medição para a região de R grande, L e C pequeno, é necessário levar em consideração impedância de entrada placa de som. Para isso, utilize o botão “Cal.^”, que deve ser pressionado com as sondas abertas uma para a outra. Após tal calibração, as seguintes faixas de medição podem ser alcançadas (com normalização do componente aleatório do erro nas bordas das faixas em 10%):

  • de acordo com R - 0,01 ohm... 3 Mohm,
  • ao longo de L - 100 nH... 100 Hn,
  • conforme C - 10 pF... 10.000 µF (para a versão com duas frequências de operação)

O erro mínimo de medição é determinado pela tolerância do resistor de referência. Se você planeja usar um resistor comum de bens de consumo (e mesmo com um valor diferente do especificado), o programa oferece a capacidade de calibrá-lo. O botão “Cal.R” correspondente fica ativo ao mudar para o modo “Ref.” O valor do resistor que será utilizado como referência é especificado no arquivo *.ini como o valor do parâmetro “CE_real”. Após a calibração, as características atualizadas do resistor de referência serão registradas na forma de novos valores para os parâmetros “CR_real” e “CR_imag” (na versão de 2 frequências os parâmetros são medidos em duas frequências).

O programa não funciona diretamente com controles de nível - use um mixer padrão do Windows ou similar. A escala “Nível” é usada para ajustar a posição ideal dos controles. Aqui está um método de configuração recomendado:

1. Decida qual botão é responsável pelo nível de reprodução e qual é responsável pelo nível de gravação. É aconselhável abafar os restantes reguladores para minimizar o ruído que introduzem. Os reguladores de equilíbrio estão na posição intermediária.
2. Elimine a sobrecarga de saída. Para fazer isso, coloque o controle de gravação em uma posição abaixo do meio, use o controle de reprodução para encontrar o ponto onde o crescimento da coluna “Nível” é limitado e depois recue um pouco. Muito provavelmente não haverá sobrecarga alguma, mas por segurança, é melhor não colocar o regulador na marca “máx”.
3. Elimine a sobrecarga de entrada - use o controle de nível de gravação para garantir que a coluna “Nível” não atinja o final da escala (posição ideal - 70...90%) na ausência do componente medido, ou seja, com sondas abertas.
4. A conexão das sondas entre si não deve levar a uma forte queda no nível. Se for esse o caso, então os amplificadores de saída da placa de som são muito fracos para esta tarefa (às vezes resolvidos pelas configurações da placa).

Requisitos do sistema

  • Sistema operacional da família Windows (testado no Windows XP),
  • suporte de áudio 44,1 ksps, 16 bits, estéreo,
  • a presença de um dispositivo de áudio no sistema (se houver vários, o programa funcionará com o primeiro deles, e não é fato que a webcam terá conectores “Line In” e “Line Out”).

Características das medições, ou não ter problemas

Qualquer ferramenta de medição requer conhecimento de suas capacidades e capacidade de interpretar corretamente o resultado. Por exemplo, ao usar um multímetro, você deve pensar no que tensão alternada ele realmente mede (se a forma for diferente da sinusoidal)?

A versão de 2 frequências utiliza uma frequência baixa (1,1 kHz) para medir grandes capacitâncias e indutâncias. O limite de transição é marcado pela cor da escala mudando de verde para amarelo. A cor das leituras muda de forma semelhante - de verde para amarelo ao mudar para medições em baixas frequências.

A entrada estéreo da placa de som permite organizar um circuito de conexão de “quatro fios” apenas para o componente que está sendo medido, enquanto o circuito de conexão do resistor de referência permanece “dois fios”. Nesta situação, qualquer instabilidade do contato do conector (no nosso caso, terra) pode distorcer o resultado da medição. A situação é salva pelo valor de resistência relativamente grande do resistor de referência em comparação com a instabilidade da resistência de contato - 100 ohms versus frações de ohm.

E uma última coisa. Se o componente que está sendo medido for um capacitor, ele poderá estar carregado! Mesmo um capacitor eletrolítico descarregado pode, com o tempo, “coletar” a carga restante. O circuito não tem proteção, então você corre o risco de danificar a placa de som e, na pior das hipóteses, o próprio computador. O acima também se aplica ao teste de componentes de um dispositivo, especialmente quando ele não está desenergizado.

De alguma forma, fiz para mim este dispositivo extremamente útil e insubstituível, devido à necessidade urgente de medir capacitância e indutância. Possui uma precisão de medição surpreendentemente muito boa e o circuito é bastante simples, cujo componente básico é o microcontrolador PIC16F628A.

Esquema:

Como você pode ver, os principais componentes do circuito são PIC16F628A, um display de síntese de caracteres (3 tipos de display 16x01 16x02 08x02 podem ser usados), um estabilizador linear LM7805, um ressonador de quartzo de 4 MHz, um relé de 5V em um pacote DIP , uma chave de duas seções (para alternar os modos de medição L ou C ).

Firmware para microcontrolador:

PCB:

Arquivo placa de circuito impresso no formato de layout de sprint:

A placa original está conectada a um relé em um pacote DIP.

Eu não tinha tal coisa e usei o que tinha, um relé compacto antigo do tamanho certo. Usei capacitores de tântalo como capacitores de tântalo. Foram usados ​​​​o interruptor de modo de medição, o botão liga / desliga e o botão de calibração, uma vez removidos dos antigos osciloscópios soviéticos.

Pontas de teste:

Deve ser o mais curto possível.

Durante a montagem e configuração, segui estas instruções:

Monte a placa, instale 7 jumpers. Primeiro instale jumpers sob o PIC e sob o relé e dois jumpers próximos aos pinos do display.

Use capacitores de tântalo (no gerador) - 2 unid.
10uF.
Os dois capacitores de 1000pF devem ser de poliéster ou melhor (tolerância aproximada de não mais que 1%).

Recomenda-se a utilização de display retroiluminado (observe que o resistor limitador de 50-100 Ohm não está indicado no diagrama, pinos 15, 16).
Instale a placa no gabinete. A conexão entre a placa e o display pode ser soldada a seu pedido ou feita através de um conector. Faça os fios ao redor da chave L/C tão curtos e rígidos quanto possível (para reduzir a interferência e compensar adequadamente as medições, especialmente para a extremidade L aterrada).

Quartzo deve ser usado em 4.000MHz, 4.1, 4.3, etc. não pode ser usado.

Teste e calibração:

  1. Verifique a instalação das peças na placa.
  2. Verifique as configurações de todos os jumpers da placa.
  3. Verifique se o PIC, os diodos e o 7805 estão instalados corretamente.
  4. Não se esqueça de atualizar o PIC antes de instalá-lo no medidor LC.
  5. Ligue a energia com cuidado. Se possível, use uma fonte de alimentação regulada pela primeira vez. Meça a corrente à medida que a tensão aumenta. A corrente não deve ser superior a 20mA. A amostra consumiu uma corrente de 8mA. Se nada estiver visível na tela, gire resistor variável ajustes de contraste. O display deve ler " Calibrando", então C=0,0pF (ou C= +/- 10pF).
  6. Aguarde alguns minutos (“aquecimento”) e pressione o botão “zero” (Reset) para recalibrar. O display deve indicar C=0,0pF.
  7. Conecte o capacitor de "calibração". No display do medidor LC você verá as leituras (com erro de +/- 10%).
  8. Para aumentar as leituras de capacitância, feche o jumper “4”, veja a figura abaixo (aprox. 7 perna PIC). Para diminuir as leituras de capacitância, feche o jumper “3” (aprox. 6 perna PIC) veja a figura abaixo. Quando o valor da capacitância corresponder ao valor de “calibração”, remova o jumper. O PIC lembrará da calibração. Você pode repetir a calibração várias vezes (até 10.000.000).
  9. Caso haja problemas com as medições, pode-se utilizar os jumpers “1” e “2” para verificar a frequência do gerador. Conecte o jumper “2” (aprox. 8 pinos PIC) e verifique a frequência “F1” do gerador. Deve ser 00050000 +/- 10%. Se as leituras forem muito altas (próximas de 00065535), o dispositivo entra no modo “overflow” e exibe o erro “overflow”. Se a leitura for muito baixa (abaixo de 00040000), você perderá a precisão da medição. Conecte o jumper "1" (aprox. 9 pinos PIC) para verificar a calibração de frequência "F2". Deve ser cerca de 71% +/- 5% de “F1” que você obteve conectando o jumper “2”.
  10. Para obter leituras mais precisas, você pode ajustar L até obter F1 em torno de 00060000. É preferível definir “L” = 82 µH em um circuito de 100 µH (você não pode comprar 82 µH;)).
  11. Se o display mostrar 00000000 para F1 ou F2, verifique a fiação próxima ao interruptor L/C - isso significa que o gerador não está funcionando.
  12. A função de calibração de indutância é calibrada automaticamente quando ocorre a calibração de capacitância. (aproximadamente a calibração ocorre no momento em que o relé é ativado quando L e C no dispositivo estão fechados).

Testesaltadores

  1. Verificação F2
  2. Verificação F1
  3. Diminuir C
  4. Aumentar C

Como fazer medições:

Modo de medição de capacitância:

  1. Mova a chave de seleção do modo de medição para a posição “C”
  2. Pressione o botão “Zero”
  3. A mensagem “Configuração! .tunngu.” espere até que “C = 0,00pF” apareça

Modo de medição de indutância:

  1. Ligue o dispositivo e espere até que ele inicialize
  2. Mova a chave de seleção do modo de medição para a posição “L”
  3. Fechamos os fios de medição
  4. Pressione o botão “Zero”
  5. A mensagem “Configuração! .tunngu.” espere até que “L = 0,00uH” apareça

Bom, é isso, deixe suas dúvidas e comentários nos comentários do artigo.

Consideramos um circuito para medição de capacitância de capacitores e indutância de bobinas, feito com apenas cinco transistores e, apesar de sua simplicidade e acessibilidade, permite determinar a capacitância e indutância de bobinas com precisão aceitável em uma ampla faixa. Existem quatro subfaixas para capacitores e até cinco subfaixas para bobinas. Após um procedimento de calibração bastante simples, usando dois trimmers, o erro máximo será de cerca de 3%, o que você concordará, por rádio amador caseiro nada mal.

Eu sugiro soldar este você mesmo diagrama simples Medidor LC. A base do produto caseiro de rádio amador é um gerador feito em VT1, VT2 e componentes de rádio do chicote. Sua frequência operacional é determinada pelos parâmetros LC circuito oscilatório, que consiste em um capacitor de capacitância desconhecida Cx e uma bobina L1 conectada em paralelo, no modo de determinação da capacitância desconhecida - os contatos X1 e X2 devem ser fechados, e no modo de medição de indutância Lx, ele é conectado em série com o bobina L1 e em paralelo com o capacitor C1 conectado.

Ao conectar um elemento desconhecido ao medidor LC, o gerador passa a operar em uma determinada frequência, que é registrada por um frequencímetro muito simples montado nos transistores VT3 e VT4. O valor da frequência é então convertido em corrente contínua, que desvia a agulha do microamperímetro.

Conjunto do circuito do medidor de indutância. Recomenda-se manter os fios de conexão o mais curtos possível para conectar elementos desconhecidos. Depois que o processo for concluído assembleia geralé necessário calibrar o projeto em todas as faixas.

A calibração é realizada selecionando as resistências dos resistores de corte R12 e R15 ao conectar aos terminais de medição de radioelementos com valores previamente conhecidos.

Como em uma faixa o valor dos resistores de corte será um e em outra será diferente, é necessário determinar algo médio para todas as faixas, e o erro de medição não deve ultrapassar 3%.

Este medidor LC bastante preciso é construído em um microcontrolador PIC16F628A. O projeto do medidor LC é baseado em um medidor de frequência com oscilador LC, cuja frequência muda dependendo dos valores medidos de indutância ou capacitância, e é calculado como resultado. A precisão da frequência atinge 1 Hz. O relé RL1 é necessário para selecionar o modo de medição L ou C. O contador funciona com base equações matemáticas . Para ambas as incógnitas eu E C


, As equações 1 e 2 são gerais.

Calibração Quando a energia é ligada, o dispositivo é calibrado automaticamente. O modo de operação inicial é indutância. Aguarde alguns minutos para que os circuitos do dispositivo aqueçam e, em seguida, pressione a chave seletora “zero” para recalibrar. O display deverá mostrar os valores ind = 0,00 . Agora conecte o valor da indutância de teste, como 10uH ou 100uH. O medidor LC deve exibir uma leitura precisa. Existem jumpers para configurar o contador.

Jp1~Jp4 O projeto do medidor de indutância apresentado a seguir é muito fácil de replicar e consiste em um mínimo de componentes de rádio. Faixas de medição de indutância : - 10nG - 1000nG; 1 µG - 1000 µG; 1mg - 100mg. Faixas de medição de capacitância:

O dispositivo de medição suporta calibração automática quando a energia é ligada, eliminando a possibilidade de erro humano durante a calibração manual. Com certeza, você pode recalibrar o medidor a qualquer momento simplesmente pressionando o botão reset. O dispositivo tem seleção automática faixa de medição.

Não há necessidade de usar componentes de rádio caros ou de precisão no design do dispositivo. A única coisa é que você precisa ter um contêiner “externo”, cujo valor nominal é conhecido com grande precisão. Dois capacitores com capacidade de 1000 pF devem ser de qualidade normal, é aconselhável usar poliestireno, e dois capacitores de 10 µF devem ser de tântalo.


O quartzo deve ser medido exatamente em 4.000 MHz. Cada incompatibilidade de frequência de 1% resultará em um erro de medição de 2%. Relé com baixa corrente na bobina, pois O microcontrolador não é capaz de fornecer corrente superior a 30 mA. Não se esqueça de colocar um diodo em paralelo com a bobina do relé para suprimir a corrente reversa e eliminar saltos.

Placa de circuito impresso e firmware do microcontrolador no link acima.

A letra C. É daí que vem o nome do dispositivo. Ou em outras palavras, um medidor LC é um dispositivo para medir valores de indutância e capacitância.

Na foto parece algo assim:

O medidor LC se parece com um arquivo . Também possui duas pontas de prova para medir valores de indutores e capacitâncias. Os terminais do capacitor podem ser inseridos nos orifícios dos capacitores, onde Cx está escrito, ou diretamente nas pontas de prova. É mais fácil e rápido conectar-se às sondas. A indutância e a capacitância são medidas de forma muito simples; definimos o limite de medição girando o botão e observando a designação no display do medidor LC. Como dizem, mesmo criança pequena dominará facilmente este “brinquedo”.

Como medir capacitância com um medidor LC

Aqui temos quatro capacitores em teste. Três deles são apolares e um é polar (preto com uma faixa cinza)


Vamos


Vamos entender os símbolos no capacitor. 0,022 µF é sua capacitância, ou seja, 0,022 microfarads. Mais +-5% é o seu erro. Ou seja, o valor medido pode ser mais ou menos 5% para mais ou para menos. Se for maior ou menor que 5%, então nosso capacitor está ruim e é aconselhável não utilizá-lo. Cinco por cento de 0,022 é 0,001. Portanto, o capacitor pode ser considerado totalmente operacional se sua capacitância medida estiver na faixa de 0,021 a 0,023. Nosso valor é 0,025. Mesmo se levarmos em conta o erro de medição do aparelho, isso não é bom. Vamos jogar fora. Ah, sim, preste atenção nos volts que estão escritos após as porcentagens. Diz 200 Volts - isso significa que foi projetado para tensões de até 200 Volts. Se tiver uma tensão superior a 200 Volts nos terminais do circuito, provavelmente irá falhar.

Se, por exemplo, 220 V estiver indicado no capacitor, então isto é - valor máximo de tensão. Tendo em conta que nas redes AC são indicados, então tal capacitor não é adequado para uso com uma tensão de rede de 220 V, pois o valor máximo de tensão nesta rede = 220 V x 1,4 (ou seja, raiz de 2) = 310 V. O capacitor deve ser selecionado para que seja calculado para uma tensão muito superior a 310 Volts.

O próximo capacitor soviético


0,47 microfarads. Precisão +-10%. Isso significa 0,047 em qualquer direção. Pode ser considerado normal na faixa de 0,423-0,517 microFarad. No medidor LC é 0,489 - portanto, é bastante funcional.

Próximo capacitor importado


Diz 22 - isso significa 0,22 microfarads. 160 é o limite de tensão. Um capacitor completamente normal.

E o próximo é eletrolítico ou, como os rádios amadores chamam, eletrólito. 2,2 microfarads a 50 Volts.



Está tudo bem!

Como medir a indutância com um medidor LC

Vamos medir a indutância do indutor. Pegamos a bobina e nos agarramos aos seus terminais. 0,029 milihenry ou 29 microhenry.


Você pode testar outros indutores da mesma maneira.

Onde comprar medidor LC

Atualmente, o progresso chegou ao ponto em que você pode comprar um medidor R/L/C/transistor universal, que pode medir quase todos os parâmetros de componentes radioeletrônicos


Bem, para estetas, ainda existem medidores LC normais, que com um clique podem ser adquiridos na China na loja online Aliexpress;-)

Aqui página sobre medidores LC.

Conclusão

Indutores e capacitores são indispensáveis ​​​​na engenharia eletrônica e elétrica. É muito importante conhecer seus parâmetros, pois o menor desvio do parâmetro em relação ao valor neles escrito pode alterar muito o funcionamento do circuito, principalmente de equipamentos transceptores. Meça, meça e meça novamente!

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