Bibliothèque technique gratuite ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE LC-mètre - préfixe du multimètre. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure Cet article poursuit le thème de l'expansion des capacités des multimètres populaires de la série 83x. Le petit courant consommé par le décodeur vous permet de l'alimenter à partir du stabilisateur interne de l'ADC du multimètre. À l'aide de cet accessoire, vous pouvez mesurer l'inductance des bobines et des selfs, la capacité des condensateurs sans les souder à partir de la carte. Les conceptions des accessoires de mesure des multimètres, en plus de la différence dans les solutions de circuit et les méthodes de mesure d'un paramètre particulier, sont également différentes dans leur capacité à fonctionner à partir de leur propre source d'alimentation et sans elle, en utilisant le régulateur de tension ADC du multimètre. Selon l'auteur, les décodeurs alimentés par le stabilisateur ADC du multimètre sont plus pratiques à utiliser, en particulier "à l'extérieur de la maison". Si nécessaire, ils peuvent également être alimentés à partir d'une source 3 V externe, par exemple à partir de deux cellules galvaniques. Bien sûr, la question se pose du courant consommé par un tel préfixe, qui ne doit pas dépasser quelques milliampères, mais l'utilisation d'une base d'élément moderne en combinaison avec une circuiterie optimale résout ce problème. Cependant, la question de la consommation de courant a toujours été et sera d'actualité, notamment pour les instruments de mesure autonomes, où la durée de fonctionnement à partir d'une source autonome conditionne souvent le choix de l'appareil. Lors du développement du LC-mètre, l'attention principale a été accordée non seulement à la minimisation du courant consommé, mais également à la possibilité de mesurer l'inductance des bobines et des selfs, la capacité des condensateurs sans les souder de la carte. Cette possibilité doit toujours être prise en compte lors de la conception de tels instruments de mesure. De nombreux exemples peuvent être donnés lorsque les radioamateurs dans leurs conceptions, malheureusement, n'y prêtent pas attention. Si, par exemple, nous mesurons la capacité d'un condensateur en chargeant avec un courant stable, alors même avec une tension sur le condensateur supérieure à 0,3 ... 0,4 V, sans le dessouder de la carte, il est souvent impossible de déterminer de manière fiable la capacité. Le principe de fonctionnement du compteur LC n'est pas nouveau [1, 2], il est basé sur le calcul du carré de la période mesurée des oscillations naturelles dans le circuit résonnant LC, qui est lié aux paramètres de ses éléments par les relations T = 2π √LC ou LC = (T/2π)2. De cette formule, il s'ensuit que l'inductance mesurée est linéairement liée au carré de la période d'oscillation avec une capacité constante dans le circuit. Il est évident que la capacité mesurée est également liée à la même dépendance linéaire à une inductance constante, et pour mesurer l'inductance ou la capacité, il suffit de convertir la période d'oscillation en une valeur pratique. D'après la formule ci-dessus, on peut voir qu'avec une capacité constante de 25330 pF ou une inductance de 25,33 mH pour les multimètres de la série 83x, la résolution de mesure minimale est de 0,1 μH et 0,1 pF dans les intervalles de 0 ... 200 μH et 0 ... 200 pF, respectivement, et la fréquence d'oscillation avec une inductance mesurée de 1 μH est de 1 MHz. Le préfixe contient un générateur de mesure dont la fréquence est déterminée par le circuit LC et, selon le type de mesure - l'inductance connectée aux prises d'entrée de la bobine ou la capacité du condensateur, une unité de stabilisation de la tension de sortie du générateur, un formateur d'impulsions, des diviseurs de fréquence pour étendre les intervalles de mesure et un convertisseur de la période de répétition des impulsions en une tension proportionnelle à son carré, qui mesure le multimètre. Principales caractéristiques techniques
L'erreur de mesure d'inductance entre 2 et 20 H dépend de la capacité propre de la bobine, de sa résistance active, de la magnétisation résiduelle du circuit magnétique et la capacité entre 2 et 20 μF dépend de la résistance active de la bobine dans le circuit LC et ESR (ESR) du condensateur mesuré. Le schéma de fixation est illustré à la fig. 1. En position "Lx" de l'interrupteur SA1, mesurez l'inductance de la bobine connectée aux prises XS1, XS2, en parallèle avec laquelle le condensateur C1 est connecté, et en position "Cx", la capacité du condensateur, en parallèle avec lequel l'inductance L1 est connectée. Sur les transistors VT1, VT2, un générateur de mesure d'une tension sinusoïdale est assemblé, dont la fréquence, comme mentionné ci-dessus, est déterminée par les éléments du circuit LC. Il s'agit d'un amplificateur couvert par une rétroaction positive (POS). Le premier étage de l'amplificateur est assemblé selon un circuit collecteur commun (émetteur suiveur), il a une grande résistance d'entrée et une petite sortie, et le second - selon un circuit de base commun (CB) - a une faible entrée et une résistance de sortie élevée. Ainsi, un bon accord est obtenu lorsque la sortie du second est fermée avec l'entrée du premier. Les deux étages sont non inverseurs, donc cette connexion couvre un amplificateur XNUMX% PIC, qui, en combinaison avec l'impédance d'entrée élevée de l'émetteur suiveur et l'étage de sortie avec OB, garantit que l'oscillateur fonctionne à la fréquence de résonance du circuit LC sur une large plage de fréquences.
Considérons le fonctionnement d'un compteur LC avec une inductance ou un condensateur connecté aux prises XS1, XS2 "Lx, Cx". La tension de la sortie du générateur est envoyée à un amplificateur à haute impédance d'entrée, monté sur un transistor VT3, qui l'amplifie cinq fois, ce qui est nécessaire au fonctionnement normal de l'unité de stabilisation de la tension de sortie du générateur. L'unité de stabilisation est montée sur les diodes VD1, VD2, les condensateurs C3, C5 et le transistor VT4. Il maintient la tension de sortie du générateur à un niveau constant d'environ 100 mV rms, auquel des mesures peuvent être prises sans dessouder les éléments de la carte, et augmente également la stabilité des oscillations du générateur à ce niveau. La tension de sortie de l'amplificateur, redressée par les diodes VD1, VD2 et lissée par le condensateur C5, est envoyée à la base du transistor VT4. Lorsque l'amplitude de tension à la sortie du générateur est inférieure à 150 mV, ce transistor est ouvert par le courant de base traversant la résistance R7, et la tension d'alimentation complète de +3 V est fournie au générateur (cette tension doit être appliquée au générateur pour son démarrage fiable, ainsi que lors de la mesure de l'inductance de 1 ... 3 μH). Si, lors de la mesure, l'amplitude de la tension du générateur devient supérieure à 150 mV, une tension de polarité fermant le transistor VT4 apparaîtra en sortie du redresseur. Son courant de collecteur diminuera, ce qui entraînera une diminution de la tension d'alimentation du générateur et une restauration de l'amplitude de sa tension de sortie à un niveau prédéterminé. Sinon, le processus inverse se produit. La tension de sortie de l'amplificateur sur le transistor VT3 à travers le circuit C4, C6, R8 est fournie au formateur d'impulsions, monté sur les transistors VT5 et VT6 selon le circuit de déclenchement de Schmitt avec couplage d'émetteur. A sa sortie, des impulsions rectangulaires sont formées avec une fréquence de générateur, un temps de décroissance court (environ 50 ns) et une oscillation égale à la tension d'alimentation. Un tel temps de descente est nécessaire au fonctionnement normal des compteurs décimaux DD1-DD3. La résistance R8 assure un fonctionnement stable du déclencheur de Schmitt aux basses fréquences. Chacun des compteurs DD1 - DD3 divise la fréquence du signal par 10. Les signaux de sortie des compteurs sont envoyés au fin de course de mesure SA2. A partir du contact mobile de l'interrupteur, en fonction de la limite de mesure sélectionnée "x1", "x102", "x104" signaux d'impulsion d'onde carrée Uи (Fig. 2, a) sont alimentés au convertisseur "période-tension", assemblé sur l'amplificateur opérationnel DA1.1, les transistors à effet de champ VT7-VT9 et le condensateur C8. A l'arrivée de l'impulsion de signal suivante d'une durée de 0,5 T, le transistor VT7 se ferme pendant ce temps. La tension du diviseur résistif R13R14 (environ 2,5 V) est envoyée à l'entrée non inverseuse de l'ampli-op DA 1.1. Une source de courant stable (IT) est assemblée sur cet ampli-op et le transistor VT9. Le courant IT de 140 μA est fixé par la connexion en parallèle des résistances R16 et R17 avec les contacts de l'interrupteur SA3 fermés (position "x1") et dix fois moins - 14 μA - par la résistance R16 lorsqu'elle est ouverte (position "x10").
Au moment de l'arrivée d'une impulsion d'une durée de 0,5T, le transistor VT8 à travers le circuit différenciateur C7R15 s'ouvre pendant 5 ... 7 μs, déchargeant le condensateur C8 pendant ce temps, après quoi il se ferme et le condensateur C8 commence à se charger avec un courant stable de IT (Fig. 2, b). A la fin de l'impulsion, le transistor VT7 s'ouvre, fermant la résistance R13, et le courant IT devient nul. Pendant le prochain intervalle de 0,5T, la tension U1 sur le condensateur C8 reste inchangée jusqu'à l'arrivée de l'impulsion suivante et est égale à U1 =US8 = IIT1xT / (2xC8) \uXNUMXdK1xT, où K1 = IIT1/(2хС8) - coefficient constant. Il résulte de cette expression que la tension aux bornes du condensateur chargé C8 est proportionnelle à la période T des impulsions entrantes. Dans ce cas, une tension de 2 V correspond à la valeur maximale du paramètre mesuré à chaque limite de mesure. Le condensateur est connecté à l'entrée de l'amplificateur tampon sur l'amplificateur opérationnel DA1.2 avec un gain unitaire, dont le courant d'entrée est négligeable (quelques picoampères) et n'affecte pas la décharge (et la charge) du condensateur C8. De la sortie de l'amplificateur tampon, il passe au convertisseur suivant - "tension-courant" à l'ampli-op DA2.1. Sur cet ampli-op et les résistances R18-R21, un autre IT (IT2) est assemblé. Le courant de cet IT est déterminé par la tension d'entrée fournie à la sortie gauche de la résistance R18 selon le circuit, et sa résistance, et le signe dépend de laquelle des résistances (dans notre cas c'est R18 ou R20) est incluse dans l'entrée. IT est chargé sur le condensateur C9. Pendant l'action de l'impulsion d'entrée d'une durée de 0,5 T, le transistor VT10 est ouvert et la tension U2 sur le condensateur C9 est nul (Fig. 2, c). À la fin de l'impulsion, le transistor se ferme et le condensateur commence à se charger en courant continu à partir de la tension fournie à la résistance R18 de l'amplificateur tampon à l'amplificateur opérationnel DA1.2. Comme on peut le voir sur le diagramme (Fig. 2, c), la tension sur le condensateur augmente linéairement en forme de scie jusqu'à ce que la prochaine impulsion apparaisse après un temps de 0,5 T. Au moment où il apparaît, la tension aux bornes du condensateur atteindra la valeur U2max =UC9max = IIT2xT / (2xC9) \uXNUMXd UC8xT/(2xR18xC9) = K2xUC8xT = K1xK2xT2, où K1, À2 - coefficients constants ; À2 = 1/(2xR18xC9). Il résulte de cette expression que l'amplitude de la tension aux bornes du condensateur C9 est proportionnelle au carré de la période des impulsions entrantes, c'est-à-dire qu'elle dépend linéairement de l'inductance ou de la capacité mesurée. Une telle transformation "au carré de la période" est logiquement compréhensible même sans l'expression ci-dessus, puisque la tension aux bornes du condensateur C9 dépend linéairement simultanément de la période et de la tension à l'entrée IT, qui dépend également linéairement de la période. Dans ce cas, la tension U2max, égale à 2 V, correspond à la valeur maximale du paramètre mesuré à chaque limite de mesure. Au condensateur C9 est connectée l'entrée de l'amplificateur tampon à l'ampli-op DA2.2. A partir de sa sortie, la tension en dents de scie, réduite au niveau requis par le diviseur R22R23, est envoyée à l'entrée "VΩmA" du multimètre (connecteur XP2). Le circuit RC d'intégration intégré du multimètre, connecté à l'entrée ADC (constante de temps 0,1 s), et le circuit externe - R22C12 lissent les impulsions en dents de scie à une valeur moyenne pour la période, qui est égale à un quart de l'amplitude. Ainsi, avec une amplitude "scie" au connecteur XP2 "VΩmA" de 0,8 V, la tension à l'entrée du CAN du multimètre est de 200 mV, ce qui correspond à la limite supérieure de la mesure de tension continue à la limite de 200 mV. Le préfixe est assemblé sur une planche en fibre de verre laminée des deux côtés. Le dessin du circuit imprimé est illustré à la fig. 3, et l'emplacement des éléments dessus - sur la Fig. 4.
Les photos de la carte de circuit imprimé sont illustrées à la fig. 5, 6. Broche XP1 "NPNC" - adaptée du connecteur. Broches XP2 "VΩmA" et XP3 "COM" - des sondes de test défaillantes pour le multimètre. Prises d'entrée XS1, XS2 - bornier à vis 350-02-021-12 de DINKLE série 350. Interrupteurs à glissière : SA1 - SS12D07 ; SA2, SA3 - MSS, MS, séries IS, telles que MSS-23D19 (MS-23D18) et MSS-22D18 (MS-22D16) respectivement. La bobine L1 est fabriquée soi-même, contient environ (à préciser lors de la mise en place) 160 spires de fil PEV-2 0,2, enroulées en quatre tronçons de 40 spires chacune sur un noyau magnétique annulaire de taille 10x6x4,5 en ferrite 2000NM1, 2000NM3 ou N48 (EPCOS). Les ferrites de ces nuances ont un faible coefficient de température de perméabilité magnétique. L'utilisation de ferrites d'autres marques, par exemple N87, entraînera une augmentation de l'erreur de mesure de la capacité lorsque la température change déjà de 5...10 оC.
Condensateurs C1, C8 et C9 - film de sortie importé pour une tension de 63 V (par exemple, WIMA, EPCOS). L'écart de capacité des condensateurs C8, C9 ne doit pas dépasser 5%. Le reste - pour montage en surface : C2, C10, C11 - taille 0805 ; C4, C6, C7 - 1206 ; oxyde C3, C5, C12 - tantale B. Toutes les résistances de taille 1206. Les résistances R13, R14, R16-R21 doivent être utilisées avec une tolérance ne dépassant pas 1%, et les résistances R18, R20 et R19, R21 doivent être sélectionnées avec un multimètre avec des résistances aussi proches que possible dans chaque paire. Souvent, un pack de bandes de 10 à 20 résistances de la série E24 d'une classe de précision de XNUMX% suffit à sélectionner. Les transistors VT1 -VT5 doivent avoir un rapport de transfert de courant d'au moins 500, VT6 - de 50 à 200. Les transistors BSS84 sont remplaçables par IRLML6302 et IRLML2402 par FDV303N. Avec un remplacement différent, il convient de tenir compte du fait que la tension de seuil des transistors ne doit pas dépasser 2 V, la résistance du canal ouvert ne doit pas dépasser 0,5 Ohm et la capacité d'entrée ne doit pas dépasser 200 pF à une tension drain-source de 1 V. Il est conseillé de sélectionner ce dernier par une tension de polarisation nulle ne dépassant pas 8542 mV pour réduire l'erreur de mesure lorsque son résultat ne dépasse pas 602 % de la limite fixée. Les compteurs décimaux 1446HC4D de la logique à grande vitesse peuvent être remplacés par des compteurs similaires de la série 2B de NXP (PHILIPS) - HEF10B. Les compteurs similaires d'autres sociétés, en particulier le K74IE4017 domestique, ne doivent pas être utilisés. Avec une tension d'alimentation de 4000 V, la fréquence d'entrée de 4017 MHz du générateur de mesure pour de tels compteurs est trop élevée, et la durée de décroissance de l'impulsion à leur entrée (561 ns) est courte. Ils peuvent ne pas "ressentir" un tel signal. Les conclusions des condensateurs C8, C9, allant au fil commun, sont soudées des deux côtés de la carte de circuit imprimé. De même, les conclusions de l'interrupteur SA3 et la conclusion issue du contact mobile SA2, ainsi que les fiches XP1-XP3, sont soudées. De plus, XP2 et XP3 sont d'abord fixés par soudure, puis un trou est percé "en place" et la fiche XP1 est soudée. Des morceaux de fil étamé sont insérés dans les trous des plots près de la source du transistor VT10 et de la résistance R14 et soudés des deux côtés. Avant le montage sur les microcircuits DD2, DD3, la broche 4 doit être pliée ou retirée. Lorsque vous travaillez avec un compteur LC, le commutateur de type de fonctionnement du multimètre est réglé sur la position de mesure de la tension continue à la limite de "200 mV". Les limites de mesure du LC-mètre, correspondant aux positions des interrupteurs SA2, SA3, sont données dans le tableau.
L'étalonnage du LC-mètre est effectué en fonction de la disponibilité des instruments et des qualifications nécessaires. Dans le cas le plus simple, vous aurez besoin d'une bobine avec une inductance connue avec précision, dont la valeur est proche de la limite de mesure correspondante, et du même condensateur avec une capacité mesurée. Pour éliminer l'erreur de la capacité d'entrée du compteur LC, la capacité du condensateur doit être d'au moins 1800 pF (par exemple, 1800 pF, 0,018 μF, 0,18 μF). Le décodeur est d'abord connecté à une alimentation autonome avec une tension de 3 V et le courant consommé est mesuré, qui ne doit pas dépasser 3 mA, puis connecté à un multimètre. Ensuite, placez l'interrupteur SA1 sur la position "Lx" et connectez une bobine d'inductance connue aux prises XS1, XS2 "Lx, Cx". Les commutateurs SA2 et SA3 sont réglés sur la limite appropriée et obtiennent des lectures sur l'indicateur qui sont numériquement égales à l'inductance (la virgule de l'indicateur n'est pas prise en compte), en connectant, si nécessaire, un condensateur supplémentaire C1 avec une capacité supplémentaire allant jusqu'à 3300 pF en parallèle. Les condensateurs C1, C8, C9 ont des pastilles sur la carte de circuit imprimé pour dessouder des tailles supplémentaires 0805 pour le montage en surface. Une correction plus précise des lectures est possible en modifiant la résistance de la résistance R22 ou R23 dans de petites limites. De même, le compteur LC est calibré lors de la mesure de la capacité, mais les lectures correspondantes sur l'indicateur sont définies en modifiant le nombre de tours de la bobine L1. Lors de la mesure de la capacité avec un préfixe, il est nécessaire de prendre en compte sa capacité d'entrée, qui dans l'échantillon de l'auteur est de 41,1 pF. Cette valeur est affichée par l'indicateur du multimètre si vous réglez le commutateur SA1 sur la position "Cx", et SA2 et SA3 sur la position "x1". Lors du changement de topologie de la carte de circuit imprimé, les connexions des bornes des condensateurs C8 et C9 avec les bornes des transistors VT9 et VT10 doivent être réalisées par des conducteurs séparés. Le préfixe peut être utilisé comme générateur de fréquences fixes de forme sinusoïdale et rectangulaire. Un signal sinusoïdal avec une tension de 0,1 V est retiré de l'émetteur du transistor VT3, une amplitude rectangulaire de 3V - du contact mobile de l'interrupteur SA2. Les fréquences souhaitées sont obtenues en connectant des condensateurs de la capacité appropriée à l'entrée du boîtier décodeur dans la position "Cx" du commutateur SA1. Le dessin de PCB au format Sprint Layout 5.0 peut être téléchargé à partir de ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/08/Lc-metr.zip. littérature
Auteur : S. Glibin Voir d'autres articles section Technique de mesure. Lire et écrire utile commentaires sur cet article. Dernières nouvelles de la science et de la technologie, nouvelle électronique : Cuir artificiel pour émulation tactile
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