Compteur LC. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure

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Je voudrais suggérer un compteur LC à lecture directe. Cette sonde, malgré sa simplicité, possède de grandes capacités. Il permet de mesurer :

• capacité des condensateurs (sans les souder hors du circuit);
• inductance;
• fréquence du signal (niveau TTL);
• tangente et résistance aux pertes des condensateurs ;
• perméabilité magnétique des noyaux ;
• facteur de qualité des inducteurs ;
• la présence de spires court-circuitées dans les bobines. Le circuit de la sonde est illustré à la Fig. 1.

Riz. 1 (cliquez pour agrandir)

Un générateur est monté sur les éléments DD1 et DD2 dont l'élément de temporisation est la capacité ou l'inductance mesurée. Sur les éléments DD3 et DD4, un diviseur de fréquence avec un coefficient de division maximum de 16777211. L'échelle complète de la sonde comprend 25 valeurs qui diffèrent les unes des autres d'un facteur 2. Lorsque la sonde fonctionne, il est déterminé visuellement quelle fréquence de clignotement des LED est la plus proche de 1 Hz. Les lectures ci-contre sont le résultat de la mesure. La diode VD2 protège l'appareil contre l'inversion de polarité de l'alimentation.

Mesure de capacité. Avant la mesure, le condensateur doit être déchargé. Placer l'interrupteur S1 en position ouverte (mesure de capacité). En fonction de la précision requise, la mesure peut être effectuée de trois manières.

Spécifications:

• Tension d'alimentation nominale, V ...... 4,3
• Courant de consommation, mA, pas plus ...... 45
• Gamme de capacité mesurée, uF ...... 80*10^-6...25*10³
• Plage d'inductance mesurée, H......2,5*10^-640 ...
• Plage de fréquence mesurée, Hz......1...16*10⁶
• L'amplitude de la tension sur les sondes lors de la mesure des capacités, V ...... 0,35
• L'amplitude de la tension sur les sondes lors de la mesure des inductances, V ...... 10
• Facteur de qualité minimum des inductances ...... 11

Méthode 1. Le condensateur à mesurer est connecté aux sondes de la sonde (il n'a pas besoin d'être soudé hors du circuit) et il est déterminé quelle LED clignote avec une fréquence d'environ 1 Hz. La valeur de la capacité se lit sur l'échelle en face.

Méthode 2. Pour une mesure plus précise de la capacité, vous devez tout faire comme dans la méthode 1, il suffit de regarder la LED qui clignote avec une fréquence supérieure à 1 Hz, de compter le nombre de clignotements en 10 s et de calculer la fréquence de clignotement en divisant le nombre compté par 10. Indication en face de cette LED, diviser par la fréquence obtenue. Le résultat sera la valeur de la capacité du condensateur.

Méthode 3. Pour déterminer la capacité encore plus précisément, vous pouvez utiliser un oscilloscope ou un fréquencemètre. De plus, en utilisant un oscilloscope, vous pouvez également évaluer la qualité du condensateur testé (déterminer la tangente de perte). Après avoir connecté un oscilloscope ou un fréquencemètre aux sondes de la sonde, vous devez toucher le condensateur testé avec les mêmes sondes. Si le condensateur présente de faibles pertes, l'oscillogramme ressemblera à celui illustré à la Fig. 2a. Pour les pertes importantes, l'oscillogramme ressemblera à celui de la Fig. 2b. Déterminez la valeur de la période T et utilisez la formule (1) pour calculer la capacité du condensateur :

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

Lors de la réparation d'un équipement radio, il suffit de mesurer la capacité du condensateur selon la méthode 1. Si la valeur de capacité obtenue est inférieure de 2 fois ou plus à la valeur nominale indiquée sur le condensateur, un tel condensateur doit être remplacé.

Fig. 2

Mesure d'inductance. L'inductance, comme la capacité, peut être mesurée de trois manières.

Méthode 1. Elle est similaire à la méthode 1 pour mesurer les capacités. Seul l'interrupteur S1 doit être fermé.

Méthode 2. Semblable à la méthode 2 pour mesurer les capacités des condensateurs. Mettez S1 en position de mesure de l'inductance (fermé).

Méthode 3. Semblable à la méthode 3 pour mesurer les capacités. Nous calculons l'inductance en utilisant la formule

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

et le type d'oscillogrammes pour les bobines à pertes faibles et élevées est illustré à la Fig. Pour et 3b respectivement. Les valeurs des capacités des condensateurs et des inductances des bobines avec pertes, déterminées à l'aide d'une sonde, contiendront une erreur - plus ces pertes sont importantes.

Fig. 3

Fréquence du signal de mesure. La sonde permet de mesurer la fréquence d'un signal de niveau TTL, à condition que l'alimentation de la sonde soit isolée galvaniquement de l'alimentation du circuit testé. L'interrupteur S1 doit être réglé sur la position de mesure de l'inductance. Touchez le fil commun avec une sonde et la source de signal avec l'autre. En face de la LED clignotant à une fréquence d'environ 1 Hz, lisez la lecture de la fréquence du signal. Pour déterminer plus précisément la fréquence, vous pouvez utiliser la méthode 2.

Détermination de la tangente de perte des condensateurs. La tangente de perte (tan d) peut être déterminée avec précision à l'aide d'un oscilloscope.

Méthode 1. Pour ce faire, vous devez connecter un oscilloscope et le condensateur testé aux sondes de la sonde. Si l'oscillogramme ressemble à la Fig. 2b, le condensateur présente des pertes dont l'ampleur peut être calculée. Un condensateur avec perte peut être remplacé par un circuit équivalent : un condensateur et une résistance de perte connectés en série. Alors la tangente de perte est égale à :

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

où Rп - résistance aux pertes (Ohm); Xc - réactance du condensateur (Ohm) ; f est la fréquence à laquelle fonctionne le condensateur (Hz) ; C est la capacité du condensateur (F).

Pour cette sonde :

Rp \u0,03d Haut / 4 (Ohm). (quatre)

Up - mesuré à l'aide d'un oscilloscope, selon la Fig. 2, b. Lors de la connexion d'un condensateur à la sonde, la période T, compte tenu de la résistance de perte Rп, est égale à :

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

Si Rp=0 est substitué dans cette formule, alors la formule (1) est obtenue.

Méthode 2 : Mesurez la capacité du condensateur à l'aide d'une sonde. Si la sonde présente une capacité 2 fois ou plus inférieure à la valeur nominale du condensateur (marquée dessus), ce condensateur a une résistance de perte Rп importante et, par conséquent, un tg d élevé. Ensuite, selon la formule (5), la résistance aux pertes peut être trouvée. Les résultats du calcul sont résumés dans le tableau :

La ligne supérieure du tableau montre le multiple des lectures de la sonde (combien de fois la capacité du condensateur est inférieure à la capacité indiquée sur le corps du condensateur. La ligne du bas montre la résistance de perte correspondante.

Détermination du facteur de qualité des inducteurs. Déterminez l'inductance de la bobine L1. A l'aide d'un ohmmètre (de préférence numérique), mesurez la résistance active de la bobine R. Calculez la réactance à une fréquence donnée.

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

où XL est la réactance de la bobine (Ohm) ; f - fréquence de fonctionnement (Hz) ; L - inductance de la bobine (H).

Le facteur de qualité de l'inducteur est calculé par la formule;

Q=XL/R. (sept)

Sur cette sonde, les lectures sont perceptibles à Q> 11.

riz. neuf.

Détermination de la perméabilité magnétique d'un noyau de ferrite. Considérons trois types de noyaux (Fig. 4). Calculons les valeurs nécessaires pour déterminer la perméabilité magnétique des noyaux.

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+à+с)+3/2*à (13)

SM \u14d un * b (XNUMX)

Les formules (9) et (10) sont utilisées pour un anneau, (11) et (12) pour un noyau en forme de U, et (13) et (14) pour un noyau en forme de W. Toutes les dimensions dans les formules (9)...(14) sont prises en centimètres.

Enroulez au moins 15 tours de fil (en vrac) sur le noyau et mesurez l'inductance résultante avec une sonde (pour un noyau en forme de W, les tours doivent être enroulés selon la taille a). La perméabilité magnétique effective du noyau est calculée par la formule

ue=(L*lM)/(u0*n²*SM) (15)

où L est l'inductance de la bobine enroulée sur ce noyau (H) ;

lm est la longueur de la ligne de champ magnétique moyenne (cm);

SM - section transversale du circuit magnétique (cm²);

u0 - perméabilité magnétique sous vide (u0=4*pi*10^-9 H/cm);

n est le nombre de tours.

Détection des virages en court-circuit. Pour déterminer la présence de spires en court-circuit dans des bobines enroulées sur des noyaux en forme d'anneau, en U et en W, il est nécessaire de comparer l'inductance mesurée par la sonde et celle calculée :

L=u0*ue*n2*Sм/lм, (16)

où ue est la perméabilité magnétique effective des matériaux ferrites (indiquée sur ceux-ci). S'il est inconnu, il peut être déterminé comme décrit ci-dessus.

Si l'inductance déterminée par la sonde est 2 fois ou plus inférieure à celle calculée, alors la bobine a des spires en court-circuit.

Les détails. Les formules (1, 2, 4, 5) ne sont correctes que pour une sonde montée sur des microcircuits 74HC00. Si le générateur de sondes est assemblé sur des microcircuits d'autres séries, y compris domestiques, des facteurs de correction apparaîtront dans les formules. Lors du choix des microcircuits, vous devez vous rappeler que :

• L'oscillation de tension sur les sondes ne doit pas dépasser 0,3...0,4 V, de sorte que les jonctions p-n non seulement des transistors et des diodes en silicium, mais également en germanium, ne s'ouvrent pas. Cela vous permet de vérifier les condensateurs sans les retirer des cartes ;
• Les circuits intégrés doivent être suffisamment rapides (plage de mesure plus large) ;
• lors de l'utilisation de certaines séries, il est nécessaire de connecter un condensateur C6 1000 pF...0,01 µF (Fig. 1) pour un démarrage stable du générateur. Cela réduit considérablement la plage de mesure.

L'auteur a testé les microcircuits des séries K155, K555, K531, K131, KR1533, 7400, 74LS00, 74NS00. Le microcircuit KR1533LAZ répondait au mieux à toutes les exigences. Son oscillation de tension aux bornes des sondes était d'environ 0,02 V. Mais à cause de cela, il s'est avéré trop sensible aux interférences et aux interférences des mains. Il a fallu appliquer des mesures spéciales réduisant considérablement la plage de mesure. Le circuit intégré K155LAZ présentait une grande excursion de tension, qui ouvrait les jonctions p-n même des transistors et des diodes en silicium. K555LAZ a ouvert les jonctions pn uniquement des transistors et diodes au germanium. Ainsi, parmi ces séries, il est préférable d’utiliser la puce 74HCOO. Il est insensible aux interférences et aux interférences des mains et n'ouvre pas les jonctions pn même dans les transistors et diodes au germanium. De plus, sa consommation d’énergie est faible.

Pour les compteurs, il est également préférable d'utiliser des microcircuits de la série CD74HCT4040, car Ils ont une fréquence assez élevée, ont un courant de sortie suffisant pour que les LED brillent bien et consomment peu d'énergie. La tension d'alimentation doit être stabilisée. Elle est sélectionnée sur 4,4 V. Lors du choix de la tension d'alimentation, vous devez vous rappeler que sa modification entraîne une modification des coefficients dans les formules (1, 2, 4, 5) et affecte donc les lectures de la sonde. En modifiant Un, vous pouvez modifier la plage des valeurs mesurées dans un sens ou dans l'autre. La modification de la tension d'alimentation affecte également la sensibilité de la sonde aux condensateurs avec perte. Si on la diminue, la sensibilité diminue, si on l'augmente, elle augmente.

Les LED de la sonde sont toutes rouges. Vous n’êtes pas obligé de tous les installer, mais installez-les, par exemple, un par un. Certes, le pas d'échelle augmentera.

réglage. La sonde est placée sur une planche mesurant 105x30 mm. L'échelle de la sonde est calculée selon les formules 1 et 2 et ne correspond à la réalité qu'en utilisant un microcircuit 74НСОО et une tension d'alimentation de 4,3 V. Il est conseillé d'installer le microcircuit DD2 dans la prise, car Si vous touchez accidentellement la sonde à un condensateur non déchargé et sous haute tension, le microcircuit peut griller. Il est donc nécessaire de décharger les condensateurs avant la mesure.

Les cordons de sonde doivent avoir une longueur minimale, car Même une très petite inductance des sondes affecte ses performances. Dans la version de l’auteur, la longueur d’une sonde (câble compris) est de 22 cm et l’autre de 10 cm.

Auteur : S.Volodko, Minsk.

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