Ako merať kondenzátor alebo induktor s prehrávačom MP3: 9 krokov

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:05

Tu je jednoduchá technika, ktorú je možné použiť na presné meranie kapacity a indukčnosti kondenzátora a induktora bez drahého vybavenia. Technika merania je založená na vyváženom mostíku a dá sa ľahko zostrojiť z lacných odporov. Táto meracia technika meria viac než len hodnotu kapacity, ale súčasne aj účinný sériový odpor kondenzátora.

Potrebné súčasti:

1. Niekoľko variabilných rezistorov

2. MP3 prehrávač

3. Multimetr

4. Kalkulačka na vypočítanie hodnoty

Krok 1: Trochu teórie pozadia

Ako úvod do projektu si zoberme, čo je most LCR a čo je potrebné na jeho výrobu

jeden. Ak si len chcete vytvoriť most LCR, tieto kroky preskočte.

Aby sme pochopili fungovanie mosta LCR, je potrebné hovoriť o tom, ako sa kondenzátor, odpor a induktor správajú v striedavom obvode. Čas oprášiť učebnicu ECE101. Rezistor je zo skupiny najľahšie pochopiteľnými prvkami. Dokonalý odpor sa správa rovnako, keď cez prúd prechádza odpor DC, ako keď ním prechádza striedavý prúd. Poskytuje odpor prúdiacemu prúdu, aj keď tým pri tom rozptyľuje energiu. Jednoduchý vzťah medzi prúdom, napätím a odporom je:

R = I / V

Na druhej strane perfektný kondenzátor je zariadenie na uchovávanie čistej energie. Nerozptyľuje žiadnu energiu, ktorá ním prechádza. Pretože je na svorku kondenzátora privedené striedavé napätie, je na pridanie a odstránenie čipu z kondenzátora potrebný prúdový prúd kondenzátorom. V dôsledku toho je prúd tečúci kondenzátorom mimo fázy v porovnaní s jeho koncovým napätím. V skutočnosti je vždy o 90 stupňov pred napätím na svojom termináli. Jednoduchým spôsobom, ako to znázorniť, je použitie imaginárneho čísla (j):

V (-j) (1 / C) = I

Podobne ako kondenzátor, induktor je zariadenie na ukladanie čistej energie. Ako presný doplnok kondenzátora používa induktor magnetické pole na udržanie prúdu prechádzajúceho induktorom, pričom pri tom upravuje svoje koncové napätie. Prúd pretekajúci induktorom je teda o 90 stupňov pred koncovým napätím. Rovnica predstavujúca vzťah napätia a prúdu na jeho svorke je:

V (j) (L) = I

Krok 2: Viac teórie

Ako zhrnutie, prúd rezistora (Ir), induktorový prúd (Ii) a kondenzátorový prúd (Ic) môžeme nakresliť na ten istý vektorový diagram, ktorý je tu zobrazený.

Krok 3: Viac teórie

V perfektnom svete s dokonalým kondenzátorom a induktormi získate zariadenie na uchovávanie čistej energie.

V skutočnom svete však nič nie je dokonalé. Jednou z kľúčových vlastností zariadenia na skladovanie energie, či už je to kondenzátor, batéria alebo skladovacie zariadenie s čerpadlom, je účinnosť úložného zariadenia. Počas procesu sa vždy stratí určité množstvo energie. V kondenzátore alebo induktore je to paracidický odpor zariadenia. V kondenzátore sa to nazýva faktor rozptylu a v induktore sa to nazýva faktor kvality. Rýchly spôsob, ako modelovať túto stratu, je pridať sériový odpor do série pefect kondenzátora alebo induktora. Kondenzátor v reálnom živote teda vyzerá viac ako perfektný odpor a dokonalý kondenzátor v sérii.

Krok 4: Wheatstone Bridge

V mostíku sú celkom štyri odporové prvky. K dispozícii je tiež zdroj signálu a

meter v strede mosta. Prvok, ktorý máme pod kontrolou, sú odporové prvky. Hlavnou funkciou odporového mostíka je vyrovnať odpory v mostíku. Keď je most vyvážený, čo indikuje, že odpor R11 zodpovedá R12 a R21 zodpovedá R22, výstup na merači v strede prejde na nulu. Dôvodom je, že prúd, ktorý tečie cez R11, tečie z R12 a prúd preteká cez R21, prúdi z R22. Napätie medzi ľavou stranou elektromera a pravou stranou elektromera bude potom totožné.

Krása mosta je impedancia zdroja zdroja signálu a linearita merača neovplyvňuje meranie. Aj keď máte lacný merač, ktorý na meranie spotrebuje veľa prúdu (povedzme starý analógový merač typu ihly), stále tu odvádza dobrú prácu, pokiaľ je dostatočne citlivý na to, aby vám povedal, keď nie je k dispozícii žiadny prúd. tečie cez meter. Ak má zdroj signálu značnú výstupnú impedanciu, pokles výstupného napätia spôsobený prúdom prechádzajúcim mostom má rovnaký účinok na ľavú stranu mosta ako pravú stranu mosta. Čistý výsledok sa sám zruší a mostík môže stále porovnať odpor s pozoruhodným stupňom presnosti.

Pozorný čitateľ si môže všimnúť, že mostík bude tiež vyvážený, ak sa R11 rovná R21 a R12 sa rovná R22. Toto je prípad, ktorý tu nebudeme zvažovať, takže nebudeme tento prípad ďalej rozoberať.

Krok 5: Ako je to s reaktívnym prvkom namiesto rezistorov?

V tomto prípade bude most vyrovnaný, keď sa Z11 zhoduje so Z12. Aby bol dizajn jednoduchý, pravá strana mosta bola vytvorená pomocou odporov. Jednou z nových požiadaviek je, že zdroj signálu musí byť striedavý. Používaný merač musí byť tiež schopný detekovať striedavý prúd. Z11 a Z12 môže byť akýkoľvek zdroj impedancie, kondenzátor, induktor, odpor alebo kombinácia všetkých troch.

Zatiaľ je všetko dobré. Ak by ste dostali tašku dokonale kalibrovaných kondenzátorov a induktorov, bolo by možné pomocou mostíka zistiť hodnotu neznámeho zariadenia. To by však bolo skutočne časovo náročné a nákladné. Lepším riešením ako je nájsť spôsob, ako simulovať dokonalé referenčné zariadenie pomocou nejakého triku. Tu prichádza na scénu MP3 prehrávač.

Pamätáte si prúd, ktorý tečie, hoci kondenzátor je vždy 90 stupňov pred svojim koncovým napätím? Teraz, ak dokážeme opraviť koncové napätie testovaného zariadenia, bolo by možné, aby sme vopred použili prúd, ktorý je 90 stupňov, a simulovali účinok kondenzátora. Aby sme to urobili, musíme najskôr vytvoriť zvukový súbor, ktorý obsahuje dve sínusové vlny s fázovým rozdielom 90 stupňov medzi týmito dvoma vlnami.

Krok 6: Umiestnenie toho, čo vieme, do mosta

Odovzdaním tohto súboru vlny do prehrávača MP3 alebo jeho prehrávaním priamo z počítača vytvoria ľavý a pravý kanál dve sínusové vlny s rovnakou amplitúdou. Odteraz budem kvôli jednoduchosti používať ako príklad kondenzátor. Rovnaký princíp však platí aj pre induktory, ibaže excitovaný signál musí namiesto toho zaostávať o 90 stupňov.

Najprv prekreslíme most s testovaným zariadením reprezentovaným dokonalým kondenzátorom v sérii s dokonalým odporom. Zdroj signálu je tiež rozdelený na dva signály s jednou fázou signálu posunutou o 90 stupňov, pokiaľ ide o druhý signál.

Teraz je tu desivá časť. Musíme sa ponoriť do matematiky, ktorá popisuje fungovanie tohto obvodu. Najprv sa pozrime na napätie na pravej strane merača. Aby bol návrh jednoduchý, je najlepšie vybrať rezistor na pravej strane, aby bol rovnaký, takže Rm = Rm a napätie pri Vmr je polovica Vref.

Vmr = Vref / 2

Ďalej, keď je most vyvážený, napätie vľavo na merači a napravo od merača bude úplne rovnaké a fáza sa tiež presne zhoduje. Vml je teda tiež polovicou Vrefu. S týmto môžeme zapísať:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Skúsme teraz zapísať prúd tečúci cez R90 a R0:

Ir0 = (Vref / 2) x (1 / Ro)

Ir90 = (Vz - (Vref / 2)) / (R90)

Prúd pretekajúci testovaným zariadením je tiež:

Ic = Ir0 + Ir90

Teraz predpokladajme, že testované zariadenie je kondenzátor a chceme, aby Vz viedlo Vref o 90 stupňov a do

aby bol výpočet jednoduchý, môžeme napätie Vz a Vref normalizovať na 1V. Potom môžeme povedať:

Vz = j, Vref = 1

Ir0 = Vref / (2 x Ro) = Ro / 2

Ir90 = (j - 0,5) / (R90)

Všetci spolu:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

-j Xc + Rc = (0,5 / Ic)

Kde Xc je impedancia perfektnej kapacity Cc.

Vyvážením mostíka a zistením hodnôt R0 a R90 je teda jednoduché vypočítať celkový prúd cez testované zariadenie Ic. Pomocou konečnej rovnice, ku ktorej sme prišli, môžeme vypočítať impedanciu perfektnej kapacity a sériový odpor. Na základe znalosti impedancie kondenzátora a frekvencie použitého signálu je ľahké zistiť kapacitu testovaného zariadenia pomocou:

Xc = 1 / (2 x π F C)

Krok 7: Krok pri meraní hodnoty kondenzátora alebo induktora

1. Prehrajte súbor wave pomocou počítača alebo prehrávača MP3.

2. Pripojte výstup prehrávača MP3 podľa schémy zapojenia uvedenej vyššie, ak meriate cievku, vymeňte pripojenie k ľavému a pravému kanálu.

3. Pripojte multimetr a nastavte meranie na striedavé napätie.

4. Prehrávajte zvukový klip a upravujte potenciometr, kým napätie neklesne na minimum. Čím bližšie k nule, tým presnejšie bude meranie.

5. Odpojte testované zariadenie (DUT) a prehrávač MP3.

6. Presuňte kábel multimetra na R90 a nastavte meranie odporu. Zmerajte hodnotu. 7. To isté urobte pre R0.

8. Buď vypočítajte hodnotu kondenzátora/induktora ručne, alebo na vyriešenie hodnoty použite dodaný skript Octave/Matlab.

Krok 8: Tabuľka približného odporu požadovaného pre premenný odpor na vyváženie mosta

Krok 9: Ďakujem

Ďakujeme, že ste si prečítali tento návod. Toto bol prepis webovej stránky, ktorú som napísal v roku 2009