Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа.
Сегодня на рынке продается множество приборов, измеряющих емкость и индуктивность, только стоят они в несколько раз дороже китайского мультиметра. Тот кому каждый день необходимо производить замеры емкости или индуктивности непременно купит себе такой, а что делать если такая необходимость возникает крайне редко? В таком случае можно применить описанный ниже метод.
Известно, что если на интегрирующую RC цепочку подать прямоугольный импульс, то форма импульса изменится и будет такой как на картинке.
Время, за которое напряжение на конденсаторе достигнет 63% от подаваемого, называется тау. Формула по которой считается тау изображена на рисунке.
В таком случае говорят, что интегрирующая цепочка сгладила фронты прямоугольного импульса.
Так же известно, что если на параллельный LC контур подать прямоугольный импульс, в контуре возникнут затухающие колебания, частота, которых равна резонансной частоте контура. Резонансная частота контура находится по формуле Томсона, из которой можно выразить индуктивность.
Подключается контур через конденсатор малой емкости, чем меньше тем лучше, который ограничивает ток, поступающий в контур. Давайте рассмотрим, как конденсатор малой емкости ограничивает ток.
Для того, чтобы конденсатор зарядился до номинального напряжения ему надо передать определенный заряд. Чем меньше емкость конденсатора, тем меньший заряд ему необходим, чтобы напряжение на обкладках достигло напряжения импульса. Когда мы подаем импульс, конденсатор, малой емкости, очень быстро заряжается и напряжение на обкладках конденсатора становится равно напряжению импульса. Так как напряжение конденсатора и импульса равны, нет разности потенциалов, следовательно ток не течет. При чем ток может перестать течь через конденсатор спустя некоторое время от начала импульса, а оставшуюся часть времени импульса энергия к контуру подводится не будет.
Для проведения эксперимента нам потребуется генератор импульсов прямоугольной формы с частотой 5-6KHz.
Можно собрать его по схеме на рисунке ниже или воспользоваться генератором сигналов, я делал обоими способами.
Теперь, вспомнив, как ведет себя при подаче прямоугольного импульса интегрирующая RC цепочка и параллельный LC контур, соберем простую схему изображенную на картинке.
Сначала измерим емкость конденсатора, место его подключения на схеме обозначено С?. Резистора 1K под рукой не нашлось, поэтому я использовал 100 Ohm и вместо конденсатора 10pF использовал конденсатор 22pF. В принципе номинал резистора можно выбрать любой, но не ниже 50 Ohm, иначе сильно просядет напряжение генератора.
В данном эксперименте я буду использовать генератор сигналов, выходное сопротивление которого равно 50 Ohm. Включим генератор и установим амплитуду 4V, если собирать генератор по схеме то регулировать амплитуду можно, изменяя напряжение питания.
Подключим щупы осциллографа параллельно конденсатору. На осциллографе должна появиться следующая картинка.
Немного увеличим её.
Измерим время, за которое напряжение на конденсаторе достигает 63% от напряжения импульса или 2,52V.
Оно равно 14,8uS. Так как сопротивление генератора включено последовательно с нашей цепочкой его необходимо учесть, в итоге активное сопротивление равно 150 Ohm. Разделим значение тау(14,8 uS) на сопротивления(150 Om) и найдем емкость, она равна 98,7 nF . На конденсаторе написано, что емкость равна 100nF.
Теперь измерим индуктивность. На схеме место подключения катушки индуктивности обозначено L?. Подключаем катушку, включаем генератор и подключаем щуп осциллографа параллельно контуру. На осциллографе увидим такую картинку.
Увеличиваем развертку.
Видим, что период колебаний равен 260KHz.
Ёмкость щупа равна 100pF и в данном случае её необходимо учесть потому, что она составляет 10% от емкости контура. Суммарная емкость контура равна 1,1nF. Теперь подставим в форму для нахождения индуктивности, емкость конденсатора(1,1nF) и частоту колебаний(260KHz). Для таких вычислений я пользуюсь программой Coil32.
Получилось 340,6uH, судя по маркировке индуктивность равна 347uH и это отличный результат. Этот способ позволяет измерять индуктивность с погрешность до 10% .
Теперь мы знаем как измерить емкость конденсатора и индуктивность катушки, используя осциллограф.
Известно, что если на интегрирующую RC цепочку подать прямоугольный импульс, то форма импульса изменится и будет такой как на картинке.
Время, за которое напряжение на конденсаторе достигнет 63% от подаваемого, называется тау. Формула по которой считается тау изображена на рисунке.
В таком случае говорят, что интегрирующая цепочка сгладила фронты прямоугольного импульса.
Так же известно, что если на параллельный LC контур подать прямоугольный импульс, в контуре возникнут затухающие колебания, частота, которых равна резонансной частоте контура. Резонансная частота контура находится по формуле Томсона, из которой можно выразить индуктивность.
Подключается контур через конденсатор малой емкости, чем меньше тем лучше, который ограничивает ток, поступающий в контур. Давайте рассмотрим, как конденсатор малой емкости ограничивает ток.
Для того, чтобы конденсатор зарядился до номинального напряжения ему надо передать определенный заряд. Чем меньше емкость конденсатора, тем меньший заряд ему необходим, чтобы напряжение на обкладках достигло напряжения импульса. Когда мы подаем импульс, конденсатор, малой емкости, очень быстро заряжается и напряжение на обкладках конденсатора становится равно напряжению импульса. Так как напряжение конденсатора и импульса равны, нет разности потенциалов, следовательно ток не течет. При чем ток может перестать течь через конденсатор спустя некоторое время от начала импульса, а оставшуюся часть времени импульса энергия к контуру подводится не будет.
Для проведения эксперимента нам потребуется генератор импульсов прямоугольной формы с частотой 5-6KHz.
Можно собрать его по схеме на рисунке ниже или воспользоваться генератором сигналов, я делал обоими способами.
Теперь, вспомнив, как ведет себя при подаче прямоугольного импульса интегрирующая RC цепочка и параллельный LC контур, соберем простую схему изображенную на картинке.
Сначала измерим емкость конденсатора, место его подключения на схеме обозначено С?. Резистора 1K под рукой не нашлось, поэтому я использовал 100 Ohm и вместо конденсатора 10pF использовал конденсатор 22pF. В принципе номинал резистора можно выбрать любой, но не ниже 50 Ohm, иначе сильно просядет напряжение генератора.
В данном эксперименте я буду использовать генератор сигналов, выходное сопротивление которого равно 50 Ohm. Включим генератор и установим амплитуду 4V, если собирать генератор по схеме то регулировать амплитуду можно, изменяя напряжение питания.
Подключим щупы осциллографа параллельно конденсатору. На осциллографе должна появиться следующая картинка.
Немного увеличим её.
Измерим время, за которое напряжение на конденсаторе достигает 63% от напряжения импульса или 2,52V.
Оно равно 14,8uS. Так как сопротивление генератора включено последовательно с нашей цепочкой его необходимо учесть, в итоге активное сопротивление равно 150 Ohm. Разделим значение тау(14,8 uS) на сопротивления(150 Om) и найдем емкость, она равна 98,7 nF . На конденсаторе написано, что емкость равна 100nF.
Теперь измерим индуктивность. На схеме место подключения катушки индуктивности обозначено L?. Подключаем катушку, включаем генератор и подключаем щуп осциллографа параллельно контуру. На осциллографе увидим такую картинку.
Увеличиваем развертку.
Видим, что период колебаний равен 260KHz.
Ёмкость щупа равна 100pF и в данном случае её необходимо учесть потому, что она составляет 10% от емкости контура. Суммарная емкость контура равна 1,1nF. Теперь подставим в форму для нахождения индуктивности, емкость конденсатора(1,1nF) и частоту колебаний(260KHz). Для таких вычислений я пользуюсь программой Coil32.
Получилось 340,6uH, судя по маркировке индуктивность равна 347uH и это отличный результат. Этот способ позволяет измерять индуктивность с погрешность до 10% .
Теперь мы знаем как измерить емкость конденсатора и индуктивность катушки, используя осциллограф.
Похожие статьи
