Измеритель LC. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Хочу предложить измеритель LC с прямым отсчетом. Данный пробник, несмотря на свою простоту, обладает большими возможностями. Он позволяет измерять:

• емкость конденсаторов (не выпаивая их из схемы);
• индуктивность;
• частоту сигналов (TTL-уровня);
• тангенс угла и сопротивление потерь конденсаторов;
• магнитную проницаемость сердечников;
• добротность катушек индуктивности;
• наличие короткозамкнутых витков в катушках. Схема пробника показана на рис. 1.

Рис. 1 (нажмите для увеличения)

На элементах DD1 и DD2 собран генератор, времязадающим элементом которого является измеряемая емкость или индуктивность. На элементах DD3 и DD4 собран делитель частоты с максимальным коэффициентом деления 16777211. Вся шкала пробника включает 25 значений, отличающихся друг от друга в 2 раза. При работе пробника визуально определяется, частота мигания какого светодиода ближе всего к 1 Гц. Показания напротив него и являются результатом измерения. Диод VD2 защищает прибор от переполюсовки питания.

Измерение емкости. Перед измерением конденсатор необходимо разрядить. Переключатель S1 поставить в разомкнутое положение (измерение емкости). В зависимости от необходимой точности, измерение можно провести тремя способами.

Технические характеристики:

• Номинальное напряжение питания, В......4,3
• Ток потребления, мА, не более......45
• Диапазон измеряемой емкости, мкФ......80*10^-6...25*10³
• Диапазон измеряемой индуктивности, Гн......2,5*10^-6...40
• Диапазон измеряемой частоты, Гц......1...16*10⁶
• Амплитуда напряжения на щупах при измерении емкостей, В......0,35
• Амплитуда напряжения на щупах при измерении индуктивностей, В......10
• Минимальная добротность индуктивностей......11

Способ 1. К щупам пробника подключается измеряемый конденсатор (его можно не выпаивать из схемы) и определяется, какой светодиод мигает с частотой около 1 Гц. На шкале против него читается значение емкости.

Способ 2. Для более точного измерения емкости нужно сделать все как в способе 1, только смотреть на светодиод, который мигает с частотой, большей чем 1 Гц, подсчитать количество миганий за 10 с, и вычислить частоту миганий, разделив подсчитанное количество на 10. Показание напротив этого светодиода разделить на полученную частоту. Результат и будет значением емкости конденсатора.

Способ 3. Для еще более точного определения емкости можно воспользоваться осциллографом или частотомером. Причем при использовании осциллографа можно оценить и качество проверяемого конденсатора (определить тангенс угла потерь). Подключив осциллограф или частотомер к щупам пробника, этими же щупами нужно коснуться проверяемого конденсатора. Если конденсатор имеет малые потери, то вид осциллограмы будет такой, как показано на рис. 2а. При больших потерях вид осциллограммы будет такой, как на рис. 2б. Определите величину периода Т и по формуле (1) подсчитайте емкость конденсатора:

С=T/40-5*10^-9 (Ф). (1)

При ремонте радиоаппаратуры достаточно измерить емкость конденсатора по способу 1. Если полученное значение емкости меньше номинала, указанного на конденсаторе, в 2 и более число раз, такой конденсатор необходимо заменить.

Рис. 2

Измерение индуктивности. Индуктивность, так же как и емкость, можно измерить тремя способами.

Способ 1. Он аналогичен способу 1 для измерения емкостей. Только переключатель S1 нужно замкнуть.

Способ 2. Аналогичен способу 2 для измерения емкостей конденсаторов. Переключатель S1 поставить в положение для измерения индуктивности (замкнуть).

Способ 3. Аналогичен способу 3 для измерения емкостей. Индуктивность рассчитываем по формуле

L = 40*Т (Гн), (2)

а вид осциллограмм для катушек с малыми и большими потерями приведен на рис. За и 3б соответственно. Значения емкостей конденсаторов и индуктивностей катушек с потерями, определенные с помощью пробника, будут содержать погрешность - тем большую, чем больше эти потери.

Рис. 3

Измерение частоты сигнала. Пробник позволяет измерять частоту сигнала ТТЛ-уровня, при условии, что питание пробника гальванически развязано от питания проверяемой цепи. Переключатель S1 необходимо поставить в положение для измерения индуктивности. Одним щупом коснитесь общего провода, а другим - источника сигнала. Напротив светодиода, мигающего с частотой около 1 Гц, прочитайте показания частоты сигнала. Для более точного определения частоты можно воспользоваться способом 2.

Определение тангенса угла потерь конденсаторов. Тангенс угла потерь (tg d) точно можно определить с использованием осциллографа.

Способ 1. Для этого необходимо подключить к щупам пробника осциллограф и проверяемый конденсатор. Если осциллограмма выглядит как на рис. 2б, конденсатор имеет потери, величину которых можно вычислить. Конденсатор с потерями можно заменить эквивалентной схемой - последовательно соединенными конденсатором и сопротивлением потерь. Тогда тангенс угла потерь равен:

tg d = Rп/Xc = Rп/(2*pi*f*C), (3)

где Rп - сопротивление потерь (Ом); Хc - реактивное сопротивление конденсатора (Ом); f - частота, на которой работает конденсатор (Гц); C - емкость конденсатора (Ф).

Для данного пробника:

Rп = Uп/0,03 (Ом). (4)

Uп - измеряется по осциллографу, согласно рис. 2,б. При подключении к пробнику конденсатора, период Т, с учетом сопротивления потерь Rп, равен:

T = 3,33*(12-Rп)*(C + 5*10-9) (c) (5)

Если в данную формулу подставить Rп=0, то получается формула (1).

Способ 2. Измерьте емкость конденсатора с помощью пробника. Если пробник показал емкость в 2 или более число раз меньшую, чем номинал конденсатора (обозначенный на нем), данный конденсатор имеет большое сопротивление потерь Rп, а соответственно, и большой tg d. Тогда, согласно формуле (5), можно найти сопротивление потерь. Результаты расчета сведены в таблицу:

В верхней строке таблицы - кратность показаний пробника (во сколько раз емкость конденсатора меньше емкости, обозначенной на корпусе конденсатора. В нижней строке - соответствующее сопротивление потерь.

Определение добротности катушек индуктивности. Определите индуктивность катушки L1. Омметром (желательно цифровым) измерьте активное сопротивление катушки R. Подсчитайте реактивное сопротивление на заданной частоте.

XL= 2*pi*f*L (Ом), (6)

где XL - реактивное сопротивление катушки (Ом); f - рабочая частота (Гц); L - индуктивность катушки (Гн).

Добротность катушки индуктивности рассчитывается по формуле;

Q = XL/R. (7)

На данном пробнике показания заметны при Q>11.

рис. 4.

Определение магнитной проницаемости сердечника из феррита. Рассмотрим три вида сердечников (рис. 4). Рассчитаем величины, необходимые для определения магнитной проницаемости сердечников.

lМ=(D + d)*pi/2 (9)

SМ=(D - d)*h/2 (10)

lМ=2*(А+В-2*С) (11)

SМ=h*c (12)

lМ=2*(h+а+с)+3/2*а (13)

SМ = a*b (14)

Формулы (9) и (10) используются для кольца, (11) и (12) - для П-образного, а (13) и (14) - для Ш-образного сердечника. Все размеры в формулах (9)...(14) берутся в сантиметрах.

Намотайте не менее 15 витков провода (внавал) на сердечник и измерьте пробником полученную индуктивность, (для Ш-образного сердечника витки нужно мотать по размеру а). Эффективная магнитная проницаемость сердечника рассчитывается по формуле

uэ=(L*lМ)/(u0*n²*SМ) (15)

где L - индуктивность катушки, намотанной на данный сердечник (Гн);

lм - длина средней магнитной силовой линии (см);

SM - площадь сечения магнитопровода (см²);

u0 - магнитная проницаемость вакуума (u0=4*pi*10^-9 Гн/см);

n - количество витков.

Выявление короткозамкнутых витков. Для определения наличия короткозамкнутых витков в катушках, намотанных на кольцеобразных, П-образных и Ш-образных сердечниках, необходимо сравнить индуктивность, измеренную пробником, и расчетную:

L=u0*uэ*n2*Sм/lм, (16)

где uэ - эффективная магнитная проницаемость для ферритовых материалов (указывается на них). Если она неизвестна, ее можно определить так, как описано выше.

Если индуктивность, определенная пробником, меньше в 2 и более раз, чем расчетная, то в катушке имеются короткозамкнутые витки.

Детали. Формулы (1, 2, 4, 5) верны только для пробника, собранного на микросхемах 74НС00. Если генератор пробника собрать на микросхемах других серий, в том числе и отечественных, в формулах появятся поправочные коэффициенты. При выборе микросхем нужно помнить, что:

• размах напряжения на щупах пробника не должен превышать 0,3...0,4 В, чтобы не открывались р-n переходы не только кремниевых, но и германиевых транзисторов и диодов. Это позволяет проверять конденсаторы, не выпаивая их из плат;
• ИМС должны быть достаточно быстродействующими (шире диапазон измерения);
• при использовании некоторых серий необходимо подключить конденсатор С6 1000 пФ...0,01 мкФ (рис. 1) для устойчивого запуска генератора. Это резко сужает диапазон измерений.

Автором были проверены микросхемы серий К155, К555, К531, К131, КР1533, 7400, 74LS00, 74НС00. Всем требованиям больше всего отвечала микросхема КР1533ЛАЗ. У нее размах напряжения на щупах был около 0,02 В. Но из-за этого она оказалась слишком чувствительной к помехам и наводкам от рук. Приходилось применять специальные меры, которые резко снижали диапазон измерений. ИМС К155ЛАЗ имела большой размах напряжения, что открывало р-n переходы даже кремниевых транзисторов и диодов. К555ЛАЗ открывала р-п переходы только германиевых транзисторов и диодов. Так что из этих серий лучше всего использовать микросхему 74НСОО. Она малочувствительна к помехам и наводкам от рук, не открывает р-п переходы даже германиевых транзисторов и диодов. К тому же, имеет малое потребление энергии.

Для счетчиков также лучше использовать микросхемы серии CD74HCT4040, т.к. они достаточно высокочастотны, имеют выходной ток, достаточный для хорошего свечения светодиодов, мало потребляют энергии. Напряжение питания должно быть стабилизированным. Оно выбрано 4,4 В. При выборе напряжения питания необходимо помнить, что его изменение приводит к изменению коэффициентов в формулах (1, 2, 4, 5), а следовательно, влияет на показания пробника. Изменяя Un, можно изменить диапазон измеряемых величин в ту или иную сторону. Изменение напряжения питания также влияет на чувствительность пробника к конденсаторам с потерями. Если его уменьшать, чувствительность падает, увеличивать - растет.

Светодиоды в пробнике - любые, красного свечения. Их все можно не устанавливать, а установить, например, через один. Правда, шаг шкалы при этом увеличится.

Настройка. Пробник размещен на плате размером 105x30 мм. Шкала пробника рассчитана по формулам 1 и 2 и соответствует действительности только при использовании микросхемы 74НСОО и напряжения питания 4,3 В. Микросхему DD2 желательно установить в панельку, т.к. если случайно коснуться пробником неразряженного конденсатора, находящегося под большим напряжением, микросхема может сгореть. Поэтому нужно обязательно разряжать конденсаторы перед измерением.

Щупы пробника должны иметь минимальную длину, т.к. на его работоспособность влияет даже очень маленькая индуктивность щупов. В авторском варианте длина одного щупа (вместе с кабелем) - 22 см, а другого - 10 см.

Автор: С.Володько, г.Гомель.

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Оценочные платы для двух- и трехосевых MEMS-акселерометров 30.10.2009 В настоящее время акселерометры находят все большее применение в различных областях, начиная от промышленности и заканчивая потребительской техникой. Сюда можно отнести переносные пульты управления, игровые устройства, системы контроля и управления питанием приборов, которые должны включаться или выключаться в момент или сразу после касания их или перемещения. В медицине такие датчики используются в основном для мониторинга движения, определения положения или уровня активности пациента. Одной из важных областей применения акселерометров является защита целостности данных в приводах жестких дисков. Измеряя ускорение свободного падения, контролируя вибрацию и степень ее компенсации, они помогают предотвратить утерю ценных данных при случайных ударах или падении. Оценочные платы семейства STEVAL-MKIxxxx помогут разработчику быстро оценить возможности акселерометров компании STMicroelectronics и ускорить процесс выхода готовой продукции на рынок.

Другие интересные новости:

▪ Очистка воды и почвы от кадмия

▪ Дверь на дне озера

▪ Любители кофе и чая различаются генами

▪ Британская система автоматического распознавания паспортных фото

▪ Умная футболка

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПТЭ. Подборка статей

▪ статья Давид Эмиль Дюркгейм. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какой врач Освенцима проводил опыты над людьми, но в ходе них спасал заключенных от смерти? Подробный ответ

▪ статья Старшина (бригадир) водолазной станции. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Портативный прибор для электросна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Стерео в простом радиоприемнике. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026