Kaip išmatuoti kondensatorių ar induktorių naudojant MP3 grotuvą: 9 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Čia yra paprasta technika, kuria galima tiksliai išmatuoti kondensatoriaus ir induktyvumo talpą ir induktyvumą be brangios įrangos. Matavimo technika yra pagrįsta subalansuotu tiltu ir gali būti lengvai pagaminta iš nebrangių rezistorių. Ši matavimo technika matuoja ne tik talpos vertę, bet ir veiksmingą kondensatoriaus varžą tuo pačiu metu.

Reikalingi komponentai:

1. Nedaug kintamų rezistorių

2. MP3 grotuvas

3. Multimetras

4. Skaičiuoklė vertei apskaičiuoti

1 žingsnis: šiek tiek fono teorijos

Kaip projekto įvadas, paimkime, kas yra LCR tiltas ir ką reikia padaryti

vienas. Jei norite tiesiog sukurti LCR tiltą, praleiskite šiuos veiksmus.

Norint suprasti LCR tilto darbą, būtina kalbėti apie tai, kaip kondensatorius, rezistorius ir induktorius veikia kintamosios srovės grandinėje. Laikas nuvalyti dulkes nuo ECE101 vadovėlio. Rezistorius yra lengviausiai suprantamas grupės elementas. Tobulas rezistorius elgiasi taip pat, kai nuolatinė srovė praeina per rezistorių, kaip ir tada, kai praeina kintamosios srovės srovė. Jis užtikrina atsparumą tekančiai srovei, nors taip išsklaido energiją. Paprastas srovės, įtampos ir varžos santykis yra toks:

R = I / V

Kita vertus, puikus kondensatorius yra grynas energijos kaupimo įrenginys. Jis neišsklaido jokios praeinančios energijos. Atvirkščiai, kai kondensatoriaus gnybtui taikoma kintamosios srovės įtampa, srovė teka, nors kondensatorius yra srovė, reikalinga kondensatoriui pridėti ir pašalinti. Dėl to srovė, tekanti per kondensatorių, yra ne fazėje, lyginant su jos galine įtampa. Tiesą sakant, jis visada yra 90 laipsnių priekyje jo įtampos. Paprastas būdas tai parodyti yra įsivaizduojamo skaičiaus (j) naudojimas:

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

Induktorius, kaip ir kondensatorius, yra grynos energijos kaupimo įtaisas. Kaip tikslus komplimentas kondensatoriui, induktorius naudoja magnetinį lauką, kad išlaikytų srovę, tekančią per induktorių, ir taip reguliuos jo gnybtų įtampą. Taigi srovė, tekanti per induktorių, yra 90 laipsnių priekyje gnybtų įtampos. Lygtis, atspindinti įtampos ir srovės santykį per jos terminalą, yra:

V (j) (L) = I

2 žingsnis: daugiau teorijos

Apibendrinant, mes galime nupiešti rezistoriaus srovę (Ir), induktoriaus srovę (Ii) ir kondensatoriaus srovę (Ic) toje pačioje vektorinėje diagramoje, parodyta čia.

3 žingsnis: daugiau teorijos

Tobulame pasaulyje su puikiais kondensatoriais ir induktoriais gausite grynos energijos kaupimo įrenginį.

Tačiau realiame pasaulyje niekas nėra tobula. Viena iš svarbiausių energijos kaupimo įrenginio savybių, gali būti kondensatorius, akumuliatorius ar siurblio kaupiklis, yra saugojimo įrenginio efektyvumas. Proceso metu visada prarandamas tam tikras energijos kiekis. Kondensatoriuje ar induktoriuje tai yra prietaiso paracidinis atsparumas. Kondensatoriuje jis vadinamas išsklaidymo koeficientu, o induktoriuje - kokybės koeficientu. Greitas būdas modeliuoti šį nuostolį yra pridėti serijinį pasipriešinimą tobulam kondensatoriui ar induktyvumui. Taigi realaus gyvenimo kondensatorius labiau atrodo kaip tobulas rezistorius ir puikus kondensatorius nuosekliai.

4 žingsnis: „Wheatstone“tiltas

Iš viso tilte yra keturi varžiniai elementai. Taip pat yra signalo šaltinis ir

metras tilto centre. Elementas, kurį mes valdome, yra varžiniai elementai. Pagrindinė varžinio tilto funkcija yra suderinti tilto varžą. Kai tiltas yra subalansuotas, o tai reiškia, kad rezistorius R11 sutampa su R12, o R21 - su R22, skaitiklio išėjimas centre yra lygus nuliui. Taip yra todėl, kad srovė, tekanti nors R11, teka iš R12, o srovė - nors R21 - iš R22. Tada įtampa tarp skaitiklio kairės ir dešinės pusės bus vienoda.

Tilto grožis yra signalo šaltinio varža, o matuoklio tiesiškumas neturi įtakos matavimui. Net jei turite pigų matuoklį, kuriam atlikti reikia daug srovės (tarkime, seną adatos tipo analoginį matuoklį), jis vis tiek atlieka gerą darbą, kol yra pakankamai jautrus, kad pasakytų, kada nėra srovės tekantis per skaitiklį. Jei signalo šaltinis turi didelę išėjimo varžą, išėjimo įtampos sumažėjimas, kurį sukelia srovė, einanti per tiltą, turi tą patį poveikį kairėje tilto pusėje kaip ir dešinė tilto pusė. Grynasis rezultatas išnyksta, o tiltas vis dar gali atitikti atsparumą nepaprastai tiksliai.

Dėmesingas skaitytojas gali pastebėti, kad tiltas taip pat subalansuos, jei R11 yra lygus R21, o R12 yra lygus R22. Šiuo atveju mes nenagrinėsime, todėl toliau nesvarstysime.

5 žingsnis: kaip apie reaktyvųjį elementą vietoj rezistorių?

Šiame pavyzdyje tiltas bus subalansuotas, kai Z11 atitiks Z12. Kad dizainas būtų paprastas, dešinė tilto pusė buvo sudaryta naudojant rezistorius. Vienas naujas reikalavimas yra tai, kad signalo šaltinis turi būti kintamosios srovės šaltinis. Naudojamas skaitiklis taip pat turi turėti galimybę aptikti kintamosios srovės srovę. Z11 ir Z12 gali būti bet koks varžos šaltinis, kondensatorius, induktorius, rezistorius arba visų trijų derinys.

Kol kas viskas gerai. Jei turėtumėte maišą puikiai sukalibruotų kondensatorių ir induktorių, būtų galima pasinaudoti tiltu ir sužinoti nežinomo įrenginio vertę. Tačiau tai būtų tikrai daug laiko ir brangu. Geresnis sprendimas nei yra rasti būdą, kaip imituoti tobulą etaloninį įrenginį naudojant tam tikrą triuką. Čia MP3 grotuvas patenka į paveikslėlį.

Prisiminkite srovę, tekančią, nors kondensatorius visada 90 laipsnių viršija galinę įtampą? Dabar, jei galime pataisyti bandomo įrenginio gnybtų įtampą, galėtume iš anksto pritaikyti 90 laipsnių srovę ir imituoti kondensatoriaus poveikį. Norėdami tai padaryti, pirmiausia turime sukurti garso failą, kuriame yra dvi sinusinės bangos, kurių fazių skirtumas tarp dviejų bangų yra 90 laipsnių.

6 žingsnis: Įdėkite tai, ką žinome, į tiltą

Įkėlus šį bangos failą į MP3 grotuvą arba atkuriant jį tiesiai iš kompiuterio, kairysis ir dešinysis kanalai sukuria dvi tos pačios amplitudės sinusines bangas. Nuo šiol paprastumo dėlei kaip pavyzdį naudosiu kondensatorių. Tačiau tas pats principas taikomas ir induktoriams, išskyrus tai, kad sužadintas signalas turi atsilikti 90 laipsnių.

Pirmiausia nupieškime tiltą su bandomu prietaisu, kurį atstovauja puikus serijinis kondensatorius su puikiu rezistoriumi. Signalo šaltinis taip pat yra padalintas į du signalus, o viena signalo fazė yra perkelta 90 laipsnių, kai yra nuoroda į kitą signalą.

Dabar čia yra bauginanti dalis. Turime pasinerti į matematiką, apibūdinančią šios grandinės veikimą. Pirma, pažvelkime į įtampą dešinėje skaitiklio pusėje. Kad dizainas būtų paprastas, geriausia pasirinkti rezistorių dešinėje pusėje, kad jis būtų lygus, todėl Rm = Rm ir įtampa Vmr yra pusė Vref.

Vmr = Vref / 2

Tada, kai tiltas yra subalansuotas, įtampa skaitiklio kairėje ir dešinėje pusėje bus tiksliai lygi, o fazė taip pat tiksliai sutaps. Taigi, Vml taip pat yra pusė „Vref“. Turėdami tai, galime užsirašyti:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Dabar pabandykime užrašyti srovę, tekančią per R90 ir R0:

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

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

Be to, bandomasis prietaisas teka:

Ic = Ir0 + Ir90

Tarkime, kad bandomasis įrenginys yra kondensatorius ir mes norime, kad Vz nukreiptų Vref 90 laipsnių kampu

kad skaičiavimas būtų paprastas, galime normalizuoti Vz ir Vref įtampą iki 1 V. Tada galime pasakyti:

Vz = j, Vref = 1

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

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

Visi kartu:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

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

Kur Xc yra tobulos talpos varža Cc.

Taigi, subalansavus tiltą ir išsiaiškinus R0 ir R90 vertę, paprasta apskaičiuoti bendrą srovę per bandomą Ic prietaisą. Naudodami galutinę lygtį, prie kurios gavome, galime apskaičiuoti tobulos talpos ir serijos varžos varžą. Žinant kondensatoriaus varžą ir naudojamo signalo dažnį, nesunku sužinoti bandomo įrenginio talpą:

Xc = 1 / (2 x π F C)

7 žingsnis: išmatuokite kondensatoriaus arba induktoriaus vertę

1. Paleiskite bangos failą naudodami kompiuterį arba MP3 grotuvą.

2. Prijunkite MP3 grotuvo išvestį, kaip parodyta aukščiau esančioje schemoje, pakeiskite jungtį prie kairiojo ir dešiniojo kanalų, jei matuojate induktyvumą.

3. Prijunkite multimetrą ir nustatykite kintamosios srovės įtampos matavimą.

4. Paleiskite garso įrašą ir sureguliuokite apdailos puodą, kol įtampos rodmuo sumažės iki minimumo. Kuo arčiau nulio, tuo tikslesnis bus matavimas.

5. Atjunkite bandomą įrenginį (DUT) ir MP3 grotuvą.

6. Perkelkite multimetro laidą į R90 ir nustatykite varžos matavimą. Išmatuokite vertę. 7. Padarykite tą patį su R0.

8. Rankiniu būdu apskaičiuokite kondensatoriaus/induktoriaus vertę arba naudokite pateiktą „Octave“/„Matlab“scenarijų, kad išspręstumėte vertę.

8 žingsnis: apytikslio atsparumo lentelė, reikalinga kintamam rezistoriui subalansuoti tiltą

9 žingsnis: ačiū

Dėkojame, kad perskaitėte šią pamoką. Tai buvo tinklalapio, kurį parašiau 2009 m., Transkripcija