Com mesurar un condensador o un inductor amb reproductor de MP3: 9 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Aquí teniu una tècnica senzilla que es pot utilitzar per mesurar amb precisió la capacitat i la inductància d’un condensador i un inductor sense equips cars. La tècnica de mesura es basa en pont equilibrat i es pot construir fàcilment a partir de resistències econòmiques. Aquesta tècnica de mesura mesura més que el valor de la capacitat, sinó també la resistència efectiva en sèrie del condensador al mateix temps.

Components necessaris:

1. Poques resistències variables

2. Un reproductor de MP3

3. Un multímetre

4. Una calculadora per esbrinar el valor

Pas 1: una mica de teoria de fons

Com a introducció al projecte, prenem què és un pont LCR i què es necessita per fer

un. Si només voleu fer un pont LCR, ometeu aquests passos.

Per entendre el funcionament d’un pont LCR, cal parlar de com es comporten un condensador, una resistència i un inductor en un circuit de corrent altern. És hora d’espolsar el vostre llibre de text ECE101. Resistor és el més fàcil d'entendre els elements del grup. Una resistència perfecta es comporta igual quan passa un corrent de CC tot i que la resistència passa quan passa un corrent de corrent altern. Proporciona resistència al corrent que flueix, tot i que dissipa l'energia en fer-ho. La simple relació entre el corrent, el voltatge i la resistència és:

R = I / V

Un condensador perfecte, d'altra banda, és un dispositiu d'emmagatzematge d'energia pura. No dissipa res d’energia que la passi. Més aviat, a mesura que s’aplica una tensió de corrent altern a un terminal del condensador, el flux de corrent, tot i que el condensador és el corrent necessari per afegir i eliminar la càrrega del condensador. Com a resultat, el corrent que flueix encara que el condensador està desfasat quan es compara amb la seva tensió terminal. De fet, sempre està 90 graus per davant de la tensió del terminal. La forma més senzilla de representar-ho és l'ús del número imaginari (j):

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

De manera similar al condensador, l’inductor és un dispositiu d’emmagatzematge d’energia pura. Com a compliment exacte del condensador, l’inductor utilitza un camp magnètic per mantenir el pas de corrent a través de l’inductor, ajustant la seva tensió terminal. Per tant, el corrent que flueix a través de l’inductor és 90 graus per davant de la tensió del terminal. L’equació que representa la relació de tensió i corrent a través del terminal és:

V (j) (L) = I

Pas 2: Més teoria

Com a resum, podem dibuixar el corrent de resistència (Ir), el corrent d’inductor (Ii) i el corrent de condensador (Ic) tots al mateix diagrama vectorial, que es mostra aquí.

Pas 3: Més teoria

En un món perfecte amb condensadors i inductors perfectes, obteniu un dispositiu d’emmagatzematge d’energia pura.

Tanmateix, en un món real, res no és perfecte. Una de les claus de qualitat del dispositiu d’emmagatzematge d’energia, ja sigui un condensador, una bateria o un dispositiu d’emmagatzematge de bomba, és l’eficiència del dispositiu d’emmagatzematge. Sempre es perd certa quantitat d’energia durant el procés. En un condensador o inductor, aquesta és la resistència paracídica del dispositiu. En un condensador, s’anomena factor de dissipació i, en un inductor, es diu factor de qualitat. Una manera ràpida de modelar aquesta pèrdua és afegir una resistència en sèrie en sèries d’un condensador o inductor perfecte. Per tant, un condensador de la vida real sembla més aviat un resistent perfecte i un condensador perfecte en sèrie.

Pas 4: el pont de Wheatstone

Hi ha un total de quatre elements resistius en un pont. També hi ha una font de senyal i un

metre al centre del pont. L’element que tenim de control són els elements resistius. La funció principal del pont resistiu és fer coincidir les resistències del pont. Quan un pont està equilibrat, cosa que indica que la resistència R11 coincideix amb R12 i R21 coincideix amb R22, la sortida del comptador al centre passa a zero. Això es deu al fet que el corrent que flueix tot i que R11 surt de R12 i el flux de corrent tot i que R21 surt de R22. El voltatge entre el costat esquerre del comptador i el costat dret del comptador serà llavors idèntic.

La bellesa del pont és la impedància de la font del senyal i la linealitat del mesurador no afecta la mesura. Fins i tot si teniu un mesurador barat que necessita molta intensitat per fer la mesura (per exemple, un mesurador analògic tipus agulla vell), encara fa una bona feina aquí sempre que sigui prou sensible per dir-vos quan no hi ha corrent que flueix tot i el metre. Si la font de senyal té una impedància de sortida substancial, la caiguda de la tensió de sortida causada pel corrent que passa tot i que el pont té el mateix efecte al costat esquerre del pont que el costat dret del pont. El resultat net es cancel·la i el pont pot igualar la resistència a un grau de precisió notable.

El lector observador pot notar que el pont també s’equilibrarà si R11 és igual a R21 i R12 és igual a R22. Aquest és el cas que no considerarem aquí, de manera que no discutirem més sobre aquest cas.

Pas 5: Què tal un element reactiu en lloc de resistències?

En aquest exemple, el pont s’equilibrarà un cop Z11 coincideixi amb Z12. Per mantenir el disseny senzill, el

el costat dret del pont es compon amb resistències. Un nou requisit és que la font de senyal ha de ser una font de corrent altern. El comptador en ús també ha de ser capaç de detectar corrent de corrent altern. Z11 i Z12 poden ser qualsevol font d’impedància, condensador, inductor, resistència o combinació de tots tres.

Fins ara, tot bé. Si teniu una bossa de condensadors i inductors perfectament calibrats, seria possible utilitzar el pont per esbrinar el valor del dispositiu desconegut. Tanmateix, això suposaria un veritable consum de temps i costós. Una millor solució que, és trobar una manera de simular el dispositiu de referència perfecte amb algun truc. Aquí és on apareix el reproductor MP3.

Recordeu el corrent que flueix tot i que un condensador sempre està 90 graus per davant del voltatge del terminal? Ara, si podem corregir la tensió del terminal del dispositiu en proves, ens seria possible aplicar un corrent de 90 graus d’antelació i simular l’efecte d’un condensador. Per fer-ho, primer hem de crear un fitxer d’àudio que contingui dues ones sinusoïdals amb una diferència de fase de 90 graus entre les dues ones.

Pas 6: Posar el que sabem en un pont

Carregant aquest fitxer d'ona al reproductor MP3 o reproduint-lo directament des del PC, el canal esquerre i dret produeix les dues ones sinusoïdals amb la mateixa amplitud. A partir d’aquest moment, faré servir el condensador com a exemple per simplificar. Tanmateix, el mateix principi també s’aplica als inductors, excepte que el senyal excitat ha de ser de 90 graus endarrerit.

Tornem a dibuixar el pont amb el dispositiu en prova representat per un condensador perfecte en sèrie amb una resistència perfecta. La font del senyal també es divideix en dos senyals amb una fase de senyal desplaçada de 90 graus quan es fa referència a l'altre senyal.

Ara, aquí teniu la part que fa por. Hem d’endinsar-nos en les matemàtiques que descriuen el funcionament d’aquest circuit. En primer lloc, fixem-nos en la tensió situada a la part dreta del mesurador. Per fer el disseny més senzill, és millor seleccionar la resistència del costat dret perquè sigui igual, de manera que Rm = Rm i el voltatge a Vmr és la meitat del Vref.

Vmr = Vref / 2

A continuació, quan el pont estigui equilibrat, el voltatge a l’esquerra del comptador i a la dreta del comptador serà exactament igual i la fase també coincidirà exactament. Per tant, Vml també és la meitat de Vref. Amb això, podem anotar:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Intentem ara escriure el flux actual, tot i que R90 i R0:

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

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

A més, el corrent que flueix encara que el dispositiu en prova és:

Ic = Ir0 + Ir90

Ara, suposem que el dispositiu que es prova és un condensador i volem que Vz condueixi Vref 90 graus, i fins a

fer que el càlcul sigui senzill, podem normalitzar el voltatge de Vz i Vref a 1V. Podem dir:

Vz = j, Vref = 1

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

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

Tots junts:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

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

On Xc és la impedància de la capacitat perfecta Cc.

Així, equilibrant el pont i esbrinant el valor de R0 i R90, és senzill calcular el corrent total a través del dispositiu sota prova Ic. Utilitzeu l’equació final a la qual hem arribat, podem calcular la impedància de la capacitat perfecta i la resistència de la sèrie. En conèixer la impedància del condensador i la freqüència del senyal aplicat, és fàcil esbrinar la capacitat del dispositiu que es prova mitjançant:

Xc = 1 / (2 x π F C)

Pas 7: Pas per mesurar el valor del condensador o de l’inductor

1. Reprodueix el fitxer Wave mitjançant un PC o un reproductor de MP3.

2. Connecteu la sortida del reproductor de MP3 segons el diagrama de cablejat que es mostra a sobre, canvieu la connexió al canal esquerre i dret si esteu mesurant l'inductor.

3. Connecteu el multímetre i configureu la mesura a la tensió de corrent altern.

4. Reproduïu el clip d'àudio i ajusteu l'olla de retallada fins que la lectura del voltatge baixi al mínim. Com més a prop de zero, més precisa serà la mesura.

5. Desconnecteu el dispositiu en prova (DUT) i el reproductor MP3.

6. Mou el cable del multímetre a R90 i estableix la mesura en la resistència. Mesureu el valor. 7. Feu el mateix amb R0.

8. Calculeu manualment el valor del condensador / inductor o utilitzeu l'script Octave / Matlab subministrat per resoldre el valor.

Pas 8: es requereix una taula de resistència aproximada perquè la resistència variable equilibri el pont

Pas 9: gràcies

Gràcies per llegir aquest instructiu. Es tractava d’una transcripció d’una pàgina web que vaig escriure el 2009