ПРОСТОЙ LC-МЕТР

Рейтинг: 5 / 5

Подробности: Категория: Измерители LCR; Опубликовано: 18.03.2017 12:09; Просмотров: 8987

Понравилась статья - поделись с друзьями

Л. СТЕПАНОВ
В радиолюбительской практике нередко возникает необходимость в определении емкости конденсаторов и индуктивности катушек. Несложный прибор, о котором рассказывается в этой статье, позволяет с достаточной для радиолюбительской практики точностью определять значения L и С.
Функциональная схема прибора приведена на вкладке. Он состоит из генератора прямоугольных импульсов ГИ, декадного делителя частоты ДЧ, формирователя меандра с узлом растяжки шкалы Ф и собственно узла измерения УИ.
Рассмотрим подробнее узел измерения.

Упрощенная схема узла измерения при определении параметров конденсаторов приведена на рис, 1 на вкладке, а катушек - на рис. 2.

Принцип действия прибора в режиме измерения емкости основан на измерении среднего значения силы разрядного тока измеряемого конденсатора, периодически перезаряжаемого с частотой F. Когда ключ на транзисторе V1 открыт, происходит быстрый заряд конденсатора Сх по цепи: «плюс» источника питания — диод V2, открытый транзистор V1 — «минус» источника питания.
Подадим на вход транзисторного ключа напряжение прямоугольной формы, у которого длительность импульса tи равна длительности паузы tп. В интервале времени tп между импульсами конденсатор Сх разряжается через нагрузку ключа (резистор R3) и микроамперметр Р1, измеряющий среднее значение силы разрядного тока. Постоянная времени разрядной цепи значительно меньше времени паузыtп, поэтому конденсатор успевает практически полностью разрядиться к моменту прихода очередного импульса. Известно, что заряд конденсатора определяется соотношением Q = C * Uс (Uc — напряжение, до которого заряжен конденсатор). Таким образом, заряд конденсатора Сх за один период в установившемся режиме будет определяться соотношением Q = CxUи (Uи — амплитуда импульса, заряжающего конденсатор Сх),
При периодическом перезаряде конденсатора с частотой F средний разрядный ток, протекающий через микроамперметр Р1, определяется соотношением:

Из полученного соотношения следует, что емкость конденсатора Сх пропорциональна разрядному току и, следовательно, при стабильных значениях F и Uи шкала прибора будет линейна во всем диапазоне измеряемых емкостей. При измерении индуктивности катушек принцип работы прибора основан на явлении самоиндукции. Если через катушку протекает изменяющийся по величине ток, то возникает ЭДС самоиндукции и напряжение на катушке (без учета потерь) определяется соотношением:

где L — индуктивность катушки, ∆I-изменение амплитуды тока и ∆t — время, в течение которого это изменение происходит Если в качестве промежутка времени, в течение которого производится измерение, взять период Т напряжения прямоугольной формы, которое управляет транзисторным ключом, то можно показать, что с достаточно высокой точностью

где UL - - амплитуда, напряжения на катушке, Iк — ток коллектора транзистора VI, F — частота управляющего напряжения.
Таким образом, получаем

Приведенное соотношение показывает, что измеряемая индуктивность катушки пропорциональна амплитуде напряжения на ней, и шкала прибора получается линейной.
Принципиальная схема прибора приведена на рис. 1 в тексте.

Он позволяет измерять емкости конденсаторов от 10 пФ до 8 мкФ на пяти основных шкалах: 0...100; 0...1000, 0...10 000 пФ, 0..01, 0...1,0) мкФ. С помощью узла растяжки шкалы верхний предел на каждом поддиапазоне может быть увеличен в 2,4 и 8 раз. Минимальное значение измеряемой емкости определяется только конструктивной емкостью прибора. Измерение индуктивностей также производится на 5 поддиапазонах 0...10, 0...100 мкГ, 0...1, 0...10, 0...100 мГн, 0...1 Гн с возможностью растяжки конечных значений в сторону увеличения.
Задающий генератор выполнен по широко распространенной схеме на элементах D1.1, D1.2, D1.3. Частота генератора стабилизирована кварцевым резонатором. С выхода генератора напряжение прямоугольной формы с частотой 1,6 МГц поступает на декадный делитель частоты, собранный на микросхемах D2—D5. Переключателями S1—S5 выбирают предел измерения. Затем сигнал поступает на формирователь меандра и узел растяжки шкалы, выполненные на микросхеме D6. Необходимость в формирователе меандра вызвана особенностью примененных в декадном делителе частоты микросхем (К155ИЕ1). Дело в том, что длительность импульса на ее выходе равна длительности входного импульса, а поэтому, если скважность управляющего сигнала на первом поддиапазоне (вывод 6 элемента D1.3) примерно равна 2, то на верхнем поддиапазоне (вывод 5 микросхемы D5) она составляет уже около 20 000. Для того чтобы управлять узлом измерения напряжением постоянной скважности, и служит формирователь меандра, собранный на первом триггере микросхемы D6. На выходе этого-триггера (вывод 12 микросхемы D6) всегда будет напряжение прямоугольной формы со скважностью, равной 2,и частотой

(F - частота .задающего
генератора, равная в данном случае 1,6 МГц; K — коэффициент деления» который в зависимости от включенного переключателя из группы S1—S5 составляет 1...104; коэффициент — 2, учитывает деление частоты триггером формирователя меандра).
Оставшиеся три триггера микросхемы D6 использованы для растяжки шкалы и осуществляют простое деление частоты на 2,4 и 8 соответственно. Требуемый коэффициент деления (или, что то же самое, множитель шкалы растяжки) выбирают переключателями S6—S9. С переключателя S9 сигнал поступает на электронный ключ, собранный на транзисторе V1. Конденсатор С7 необходим для уменьшения времени включения транзистора. Переключателем S10 выбирают вид измерений — L или С (на принципиальной схеме рис. 1 переключатель показан в положении измерения емкости).
Конденсаторы С2—С6, резистор R7 и кнопка S11 служат для калибровки прибора в режиме измерения емкостей (непосредственно перед измерением). При нажатии на эту кнопку один из эталонных конденсаторов С2—С6, в зависимости от включенной секции переключателя (S1—S5), подключается параллельно гнездам Сх, переменным резистором R7 стрелку прибора устанавливают на последнее деление шкалы (при этом переключатель S10 должен находиться в положении измерения емкостей, a S6 — в нажатом состоянии).
Принципиальная схема блока питания приведена на рис. 2 в тексте.

На выходе стабилизатора поддерживается постоянное напряжение +5 В при токе нагрузки до 300 мА.
Собранный из исправных деталей прибор практически не требует налаживания. Для того чтобы убедиться в его работоспособности, переключатель S10 устанавливают в положение, соответствующее измерению емкостей, подстроечный резистор R8 и переменный резистор R7 — в среднее положение и включают переключатели S1 и S6, Затем включают прибор и вольтметром измеряют напряжение на выходе стабилизатора. Оно должно составлять 5 В± 10%. После этого нажимают кнопку S11 — стрелка измерительного прибора должна отклониться при этом на некоторый угол. Если она «зашкаливает», то с помощью резистора R7 (или R8) ее возвращают в рабочий сектор шкалы. Далее поочередно включают переключатели S7—S9. Показания прибора должны уменьшаться соответственно в 2,4 и 8 раз. Указанное отклонение стрелки микроамперметра свидетельствует об исправной работе задающего генератора, декадного делителя, формирователя меандра и узла растяжки.
После проверки общей работоспособности прибора включают поддиапазон 0...100 пФ (нажимают S1) и, не трогая резистора R7, только резистором R8 устанавливают стрелку измерительного прибора точно на последнюю отметку шкалы. На этом настройку измерителя емкости можно считать законченной. После этого переключатель S10 переводят в положение измерения индуктивности и, подключив к гнездам Lx катушку с известной индуктивностью, устанавливают стрелку прибора на соответствующую отметку шкалы переменным резистором R6 (R8 при этом не трогают). На этом настройку прибора в целом можно считать законченной.
Следует еще раз отметить, что в случае использования задающего генератора, частота которого стабилизирована кварцем, точность прибора определяется в основном только точностью использованных при настройке эталонных конденсаторов и катушек индуктивности.
Все детали прибора, включая блок питания, размещены на печатной плате размерами 215x92,5 мм (см. вкладку). В конструкции применены малогабаритные резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы КМ-5, КМ-6, электролитические конденсаторы К50-6. Переключатели S1—S5, S6—S9 и кнопка S11—П2К.
Транзистор VI можно заменить на любой кремниевый n-р-n транзистор из серий КТ315, КТ342. Диод V2 — германиевый из серий Д2, Д9, Д10. Транзистор V6 в блоке питания установлен на самодельный радиатор из дюралюминиевого уголка размерами 30x30x30 мм. Трансформатор Т1 использован готовый от магнитофона «Электроника-302». Возможно применение любого другого трансформатора, развивающего на вторичной обмотке переменное напряжение 7...9 В при токе 0,3 А. Вместо диодной сборки КД906А в выпрямителе могут быть использованы любые выпрямительные диоды, например, Д310, КД105 и др. Микроамперметр — магнито-электрической системы типа М24 с током полного отклонения 200 мкА. Можно использовать любой другой подходящий микроамперметр с током полного отклонения до 300 мкА. Кварцевый резонатор на частоту 1,6 МГц. Применение резонаторов на частоту ниже 1 МГц нежелательно, так как это потребует применения микроамперметра с током полного отклонения менее 100 мкА, либо смещения верхних значений измеряемых величин на каждом пределе в сторону увеличения. Выключатель питания S12 - тумблер МТ-1-1, резистор R7 СП-3-4, СПО-0,5, гнезда для подключения £ и С, а также светодиод V9 вместе с ограничительным резистором R12 установлены в верхней части прибора. Светодиод V9 является индикатором включения прибора, одновременно по яркости его свечения можно судить об исправности стабилизатора напряжения.
В заключение следует сказать, что радиолюбители могут усовершенствовать данный прибор. В частности, если использовать микросхемы серий К176, К164, К564, характеризуемые малой потребляемой мощностью, можно создать прибор с автономным питанием от батареи «Крона» или аккумулятора типа 7Д-0,1.
При конструктивном оформлении прибора следует иметь в виду, что для обеспечения высокой точности измерения на поддиапазоне 0...100 пФ необходимо свести к минимуму паразитную емкость между гнездами для подключения Сх. Для предохранения измерительного прибора от повреждений в случаях, когда порядок измеряемых величин неизвестен, процесс измерения следует начинать с наиболее высоких пределов.
г. Москва
От редакции. Правильно собранный прибор может обеспечить достаточно высокую стабильность показании, поэтому конденсаторы С2—С6 и кнопку S11 можно также исключить.
РАДИО № 3, 1982 г.