- Vật liệu thiết yếu
- Làm thế nào để một mạch xe tăng hoạt động?
- Thiết lập để đo Điện cảm và Điện dung
- Làm thế nào để đo tần số cộng hưởng với máy hiện sóng?
Điện trở, cuộn cảm và tụ điện là những linh kiện thụ động được sử dụng phổ biến nhất trong hầu hết các mạch điện tử. Trong ba giá trị này, giá trị của điện trở và tụ điện thường được đánh dấu trên đầu nó dưới dạng mã màu điện trở hoặc đánh dấu số. Ngoài ra, điện trở và điện dung cũng có thể được đo bằng Đồng hồ vạn năng thông thường. Nhưng hầu hết các cuộn cảm, đặc biệt là cuộn cảm ferit và cuộn cảm không khí vì một số lý do dường như không có bất kỳ loại đánh dấu nào trên chúng. Điều này trở nên khá khó chịu khi bạn phải chọn giá trị cuộn cảm phù hợp cho thiết kế mạch của mình hoặc đã trục vớt một chiếc từ một PCB điện tử cũ và muốn biết giá trị của nó.
Một giải pháp rõ ràng cho vấn đề này là sử dụng đồng hồ đo LCR có thể đo giá trị của cuộn cảm, tụ điện hoặc điện trở và hiển thị trực tiếp. Nhưng không phải ai cũng có một máy đo LCR bên mình, vì vậy trong bài viết này chúng ta hãy cùng tìm hiểu cách sử dụng máy hiện sóng để đo giá trị của cuộn cảm hoặc tụ điện bằng một mạch đơn giản và tính toán dễ dàng. Tất nhiên nếu bạn cần một cách nhanh chóng và mạnh mẽ hơn, bạn cũng có thể xây dựng đồng hồ đo LC của riêng mình sử dụng kỹ thuật tương tự cùng với một MCU bổ sung để đọc giá trị trên màn hình.
Vật liệu thiết yếu
- Máy hiện sóng
- Bộ tạo tín hiệu hoặc tín hiệu PWM đơn giản từ Arduino hoặc MCU khác
- Diode
- Tụ điện đã biết (0,1uf, 0,01uf, 1uf)
- Điện trở (560 ohm)
- Máy tính
Để đo giá trị của cuộn cảm hoặc tụ điện chưa biết, chúng ta cần xây dựng một mạch đơn giản gọi là mạch bình. Mạch này cũng có thể được gọi là mạch LC hoặc mạch cộng hưởng hoặc mạch điều chỉnh. Một mạch bình là mạch trong đó chúng ta sẽ có một cuộn cảm và tụ điện mắc song song với nhau và khi mạch được cấp điện thì điện áp và dòng điện qua nó sẽ cộng hưởng với tần số gọi là tần số cộng hưởng. Hãy hiểu điều này xảy ra như thế nào trước khi chúng ta tiếp tục.
Làm thế nào để một mạch xe tăng hoạt động?
Như đã nói trước đó, một mạch bình điển hình chỉ bao gồm một cuộn cảm và tụ điện được kết nối song song. Tụ điện là một thiết bị chỉ bao gồm hai tấm song song có khả năng lưu trữ năng lượng trong điện trường và một cuộn cảm là một cuộn dây được quấn trên vật liệu từ tính cũng có khả năng lưu trữ năng lượng trong từ trường.
Khi mạch được cấp điện, tụ điện được tích điện và sau đó khi ngắt điện, tụ điện phóng năng lượng của nó vào cuộn cảm. Vào thời điểm tụ điện tiêu hao năng lượng của nó vào cuộn cảm, cuộn cảm sẽ được tích điện và sẽ sử dụng năng lượng của nó để đẩy dòng điện trở lại tụ điện theo cực ngược lại để tụ điện được tích điện trở lại. Hãy nhớ rằng cuộn cảm và tụ điện thay đổi cực tính khi chúng tích điện và phóng điện. Bằng cách này, điện áp và dòng điện sẽ dao động qua lại tạo ra sự cộng hưởng như trong hình ảnh GIF ở trên.
Nhưng điều này không thể xảy ra mãi mãi bởi vì, mỗi khi tụ điện hoặc cuộn cảm tích điện và phóng điện một số năng lượng (điện áp) bị mất đi do điện trở của dây dẫn hoặc năng lượng từ trường và từ từ cường độ của tần số cộng hưởng sẽ biến mất như hình dưới đây dạng sóng.
Khi chúng ta nhận được tín hiệu này trên phạm vi của chúng ta, chúng ta có thể đo tần số của tín hiệu này không là gì ngoài tần số cộng hưởng, sau đó chúng ta có thể sử dụng các công thức dưới đây để tính giá trị của cuộn cảm hoặc tụ điện.
FR = 1 / / 2π √LC
Trong công thức trên, F R là tần số cộng hưởng, và nếu chúng ta biết giá trị của tụ điện, chúng ta có thể tính được giá trị của cuộn cảm và tương tự chúng ta biết giá trị của cuộn cảm thì chúng ta có thể tính được giá trị của tụ điện.
Thiết lập để đo Điện cảm và Điện dung
Lý thuyết đủ rồi, bây giờ chúng ta hãy xây dựng mạch trên breadboard. Ở đây tôi có một cuộn cảm có giá trị mà tôi nên tìm ra bằng cách sử dụng một giá trị đã biết của cuộn cảm. Thiết lập mạch mà tôi đang sử dụng ở đây được hiển thị bên dưới
Tụ C1 và cuộn cảm L1 tạo thành mạch bình, Diode D1 được sử dụng để ngăn dòng điện đi vào lại nguồn tín hiệu PWM và điện trở 560 ohms được sử dụng để hạn chế dòng điện qua mạch. Ở đây tôi đã sử dụng Arduino của mình để tạo dạng sóng PWM với tần số thay đổi, bạn có thể sử dụng bộ tạo hàm nếu bạn có hoặc đơn giản là sử dụng bất kỳ tín hiệu PWM nào. Phạm vi được kết nối qua mạch bể. Thiết lập phần cứng của tôi trông giống như bên dưới sau khi mạch hoàn tất. Bạn cũng có thể xem cuộn cảm lõi torrid không xác định của tôi tại đây
Bây giờ cấp nguồn cho mạch bằng tín hiệu PWM và quan sát tín hiệu cộng hưởng trên ống kính. Bạn có thể thử thay đổi giá trị của tụ điện nếu bạn không nhận được tín hiệu tần số cộng hưởng rõ ràng, thông thường tụ điện 0,1uF sẽ hoạt động với hầu hết các cuộn cảm nhưng bạn cũng có thể thử với các giá trị thấp hơn như 0,01uF. Khi bạn nhận được tần số cộng hưởng, nó sẽ trông giống như thế này.
Làm thế nào để đo tần số cộng hưởng với máy hiện sóng?
Đối với một số người, đường cong sẽ xuất hiện như vậy, đối với những người khác, bạn có thể phải điều chỉnh xung quanh một chút. Đảm bảo rằng đầu dò phạm vi được đặt thành 10x vì chúng ta cần tụ điện tách. Đồng thời đặt phân chia thời gian ở 20us hoặc nhỏ hơn và sau đó giảm độ lớn xuống nhỏ hơn 1V. Bây giờ hãy thử tăng tần số của tín hiệu PWM, nếu bạn không có bộ tạo dạng sóng thì hãy thử giảm giá trị của tụ điện cho đến khi bạn nhận thấy tần số cộng hưởng. Khi bạn nhận được tần số cộng hưởng, hãy đặt phạm vi trong seq duy nhất. để có được dạng sóng rõ ràng như hình trên.
Sau khi nhận được tín hiệu chúng ta phải đo tần số của tín hiệu này. Như bạn có thể thấy độ lớn của tín hiệu giảm dần khi thời gian tăng lên, vì vậy chúng tôi có thể chọn bất kỳ một chu kỳ hoàn chỉnh nào của tín hiệu. Một số phạm vi có thể có chế độ đo để làm điều tương tự, nhưng ở đây tôi sẽ chỉ cho bạn cách sử dụng con trỏ. Đặt con trỏ đầu tiên vào điểm bắt đầu của sóng hình sin và con trỏ thứ hai ở điểm kết thúc của sóng hình sin như hình dưới đây để đo chu kỳ của tần số. Trong trường hợp của tôi, khoảng thời gian được đánh dấu trong hình dưới đây. Phạm vi của tôi cũng hiển thị tần suất nhưng cho mục đích học tập, chỉ cần xem xét khoảng thời gian, bạn cũng có thể sử dụng các đường biểu đồ và giá trị phân chia thời gian để tìm khoảng thời gian nếu phạm vi của bạn không hiển thị nó.
Chúng tôi chỉ đo khoảng thời gian của tín hiệu, để biết tần số, chúng tôi chỉ cần sử dụng các công thức
F = 1 / T
Vì vậy, trong trường hợp của chúng tôi, giá trị của khoảng thời gian là 29,5uS là 29,5 × 10 -6. Vì vậy, giá trị của tần số sẽ là
F = 1 / (29,5 × 10 -6) = 33,8 KHz
Bây giờ chúng ta có tần số cộng hưởng là 33,8 × 10 3 Hz và giá trị của tụ điện là 0,1uF là 0,1 × 10 -6 F thay thế tất cả điều này trong công thức chúng ta nhận được
FR = 1 / 2π √LC 33,8 × 10 3 = 1 / 2π √L (0,1 x 10 -6)
Giải quyết cho L chúng tôi nhận được
L = (1 / (2π x 33,8 x 10 3) 2 / 0,1 × 10 -6 = 2,219 × 10 -4 = 221 × 10 -6 L ~ = 220 uH
Vì vậy, giá trị của cuộn cảm chưa biết được tính là 220uH, tương tự bạn cũng có thể tính giá trị của tụ điện bằng cách sử dụng cuộn cảm đã biết. Tôi cũng đã thử nó với một vài giá trị điện dẫn đã biết khác và chúng dường như hoạt động tốt. Bạn cũng có thể tìm thấy toàn bộ hoạt động trong video đính kèm bên dưới.
Hy vọng bạn đã hiểu bài viết và học được một cái gì đó mới. Nếu bạn có bất kỳ vấn đề nào trong việc áp dụng tính năng này, hãy để lại câu hỏi của bạn trong phần bình luận hoặc sử dụng diễn đàn để được trợ giúp thêm về kỹ thuật.