Мы постарались сделать так,
Чтобы Вы получили удовольствие
Как от сборки и настройки этого прибора,
Так и от его эксплуатации.
Олег, Павел
1. Технические характеристики
|
Измеряемый параметр |
Частота тест-сигнала |
||
|
100Гц |
1кГц |
10кГц |
|
| R |
0.01 Ом – 100 МОм |
0.01 Ом – 100 МОм |
0.01 Ом – 10 МОм |
| C |
1пФ – 22000мкФ |
0.1пФ – 2200мкФ |
0.01пФ – 220мкФ |
| L |
0.01мкГн – 20 кГн |
0.1мкГн – 2 кГн |
0.01 мкГн – 200Гн |
Режимы работы:
- частота тест-сигнала 100Гц, 1кГц, 10кГц;
- амплитуда тест-сигнала 0.3В;
- последовательная/параллельная (s/p) схема замещения;
- автоматический/ручной выбор диапазона измерений;
- режим удержания показаний;
- компенсация параметров КЗ и ХХ;
- отображение результатов измерений в виде:
R + LC
R + X
Q + LC (добротность)
D + LC (tg угла потерь)
- подача постоянного напряжения смещения на тестируемый элемент 0-30В (от внутреннего источника);
- измерение напряжения смещения (0.4В-44В);
- подача постоянного тока смещения на тестируемый элемент (от внешнего источника):
- отладочный режим.
Максимальное время измерения на:
- 100Гц – 1.6с;
- 1кГц, 10кГц – 0.64с.
2. Принцип работы
В основе работы прибора лежит метод вольтметра и амперметра, т.е. измеряется падение напряжения на тестируемом элементе и ток через него, а Zx рассчитывается как Zx=U/I. Разумеется, значения тока и напряжения надо получить в комплексном виде. Для измерения реальной (Re) и мнимой (Im) составляющих напряжения и тока используется синхронный детектор (СД), работа которого в свою очередь синхронизирована с тестовым сигналом. Подавая на управление ключами СД меандр с сдвигом 0º или 90º относительно тестового сигнала, получаем искомые Re и Im части напряжения и тока. Таким образом, для одного измерения Zx необходимо выполнить четыре измерения, два для тока и два для напряжения. Преобразованием сигнала с СД в цифровую форму занимается АЦП двойного интегрирования. Выбор такого типа АЦП обусловлен его низкой чувствительностью к помехам, и тем, что интегратор АЦП играет роль дополнительного фильтра сигнала после СД. Тестовый сигнал получается из меандра после ФНЧ1 (фильтр низкой частоты на переключаемых конденсаторах) и ФНЧ2 (обычный двойной RC фильтр), который убирает остатки частоты F*100.
В приборе для измерения тока применен активный (на ОУ) преобразователь ток-напряжение. Руководствуясь принципом «мало-нормально-много», МК управляет выбором R range и Ку усилителя согласно представленной ниже таблице, добиваясь максимальных показаний АЦП:
| Диапазон | R range | Ку для тока |
Ку для напряжения |
| 100 Ом | 1 | 100 | |
| 1 | 100 Ом | 1 | 10 |
| 2 | 100 Ом | 1 | 1 |
| 3 | 1к | 1 | 1 |
| 4 | 10к | 1 | 1 |
| 5 | 100к | 1 | 1 |
| 6 | 100к | 10 | 1 |
| 7 | 100к | 100 | 1 |
3. Схема
Схема разделена на три части:
- аналоговая часть;
- цифровая часть;
- блок питания.
| [Схема и рисунки плат ] | 187 kB | |
| [Платы от Игоря] | 2372 kB | |
| [Схема] | 172 kB | |
| 41 kB | ||
| 50 kB | ||
| 50 kB | ||
| 69 kB | ||
| 69 kB |
Ничего не рождается на пустом месте, так в нашем случае. Часть узлов и идей были “позаимствованы” от схем промышленных приборов, имеющихся в свободном доступе – LCR-4080 (Е7-22), RLC-9000, RLC-817, Е7-20.
Прибор работает следующим образом.
Микроконтроллером (МК) PIC16F876A формируется SinClk (RC2, выв.13) меандр частотой 10кГц, 100кГц или 1MГц. Cигнал подается на вход делителя, выполненного на микросхемах DD12 и DD13. На выв.10 DD12 получаем частоту SinClk/25, которая в свою очередь дополнительно делится на 4. На выходах сдвигового регистра получаются сигналы, сдвинутые относительно друг друга на 90º, необходимые для работы СД. Сигнал 0_Clk подается на микросхему DA6, представляющую собой эллиптический фильтр 8-го порядка. Этим фильтром выделяется первая гармоника. Частота среза фильтра определяется частотой сигнала, подаваемого на ифровой вход (выв.1 DA6). Полученный синусоидальный сигнал (первая гармоника) дополнительно фильтруется двойной RC-цепочкой R39, C27, R31, C20. На нижних диапазонах 1кГц и 100Гц подключаются дополнительно соответственно C28, C21 и C26, C25. После выходного буфера на DA3 синусоидальный сигнал через ограничительные резисторы R16, R5 и разделительный конденсатор C5 поступает на Zx. Амплитуда тестового сигнала на холостом ходу примерно 0.3В.
Падение напряжения на Zx (канал напряжения) снимается через конденсаторы C6 и C7 и подается на вход инструментального ОУ (ИОУ), выполненного на DA4.2, DA4.3 и DA4.4. Коэффициент усиления этого ИОУ определяется соотношением R28/R22=R27/R23=10k/2k=5. Через аналоговый ключ DA7.3 сигнал подается на усилитель с переменным Ку. Необходимый коэффициент усиления (1, 10 или 100) устанавливается сигналами управления Mul10 и Mul100. Дальше сигнал подается на СД DA9. На управление ключами СД подается меандр с частотой тестового сигнала со сдвигом 0º и 90º. Т.о.выделяется реальная и мнимая составляющая сигнала. Сигнал после ключей СД интегрируется цепочками R41-C30 и R42-C31 и подается на дифференциальный вход АЦП.
Ток через Zx преобразуется в напряжение на DA1 с набором из 4-х резисторов (100, 1к, 10к и 100к) в обратной связи, переключаемых с помощью DA2. Дифференциальный сигнал преобразования снимается через C18 и C17 и подается на вход ИОУ, выполненного на DA5. С его выхода сигнал поступает на аналоговый ключ DA7.3.
Опорное напряжение 0.5В АЦП получается на параметрическом стабилизаторе R59–LM385-1.2V и последующем делителе R56, R55. Тактовый сигнал АЦП AdcClk (частотой 250кГц для измерений на 1кГц и 10кГц, частотой 100кГц для 100Гц) формируется модулем USART в синхронном режиме с выхода RC5. Одновременно он подается на вывод RC0, который установлен программой как вход TMR1 в режиме счетчика. Цифровой код преобразования АЦП равен количеству импульсов AdcClk минус 10001 за время, пока сигнал Busy АЦП находится в „1”. Эта особенность используется ввода в МК результатов преобразования АЦП. Сигнал Busy подается на вывод RC1, который настроен как вход модуля сравнения и захвата МК (CPP). С его помощью запоминается значение TMR1 при положительном фронте сигнала Busy, а потом при отрицательном. Вычитая эти два значения, получаем искомый результат работы АЦП.
4.Детали
Мы старались выбирать детали исходя из критерия их доступности, максимальной простоты и повторяемости схемы. На наш взгляд единственная дефицитная микросхема - это MAX293. Но ее применение позволило значительно упростить узел, формирующий опорный синусоидальный сигнал (по сравнению с аналогичным узлом, скажем, в RLC4080). Мы также старались уменьшить разнообразие типов применяемых микросхем, номиналов резисторов и конденсаторов.
Требования к деталям.
Разделительные конденсаторы C6, C7, C17, C18, C29, C36, С34, С35, С30, С31 должны быть пленочные типа MKP10, MKP2, К73-9, К73-17 или т.п., первые четыре на напряжение минимум 250В, для С29, С36, С34, С35, С30, С31 достаточно 63В.
Самый критичный по своим параметрам элемент - это интегрирующий конденсатор C33. Он должен иметь низкие показатели диэлектрической абсорбции. Исходя из описания на ICL7135, необходимо применить конденсатор либо с полипропиленовым, либо с тефлоновым диэлектриком. Широко распространенные К73-17 в качестве интегрирующего конденсатора дают ошибку 8-10 единиц АЦП в середине шкалы, что совершенно неприемлемо. Необходимые конденсаторы с полипропиленовым диэлектриком были обнаружены в старых мониторах. Если будете выбирать монитор на разборку, берите с толстым видеокабелем, там хорошие гибкие изолированные экранированные провода, пойдут на изготовление щупов к прибору.
Транзисторы VT1-VT5 можно заменить практически любыми другими NPN в том же корпусе. Звуковой излучатель SP – электродинамический, от старой материнской платы. Если его сопротивление равно 50-60 Ом, то добавочное R65 можно поставить равным 0. Детали, которые рекомендуется подобрать попарно:
R41=R42, C30=C31 – для СД;
R28=R27, R22=R23 – для ИОУ напряжения;
R36=R37, R32=R33 – для ИОУ тока.
R6, R7, R8, R9 – от стабильности этих резисторов зависит тепловая и долговременная стабильность показаний прибора;
C20, C21, C25, C26, C27, C28 – особенно обратите внимание на конденсаторы номинала 0.1мкФ;
R48, R49, R57,R58 – от их соотношения зависит к-т усиления масштабирующего усилителя. ЖКИ стандартный 2х16 символов, выполнены на HD44780 или совместимым с ним контроллером. Надо отметить, что встречаются индикаторы с различной разводкой выводов 1 и 2 - земля и питание. Неправильно включение приведет к выходу ЖКИ из строя! Проверьте внимательно документацию к вашему дисплею и визуально по самой плате!
5. Конструкция
Прибор собран на трех платах:
a. Основная плата аналоговой и цифровой части;
b. Плата дисплея;
c. Блок питания.
Основная плата двухсторонняя. Верхняя сторона сплошная, служит для общей земли. Через переходные отверстия (в RLC2.lay помечены как сквозные) земля с верхнего слоя соединяется с нижним. На отверстиях под выводные детали с верхней стороны (земли) надо снять фаску сверлом 2.5мм. Сначала паяем (или проклепываем медным проводом и пропаиваем) земляные перемычки, потом выводные перемычки. Далее запаиваем SMD компоненты: резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы. За ним выводные детали: колодки, конденсаторы, разъемы.
Плата дисплея тоже двухсторонняя. Верхний слой земля – играет роль экрана от ЖКИ. Переходные отверстия так же служат для соединения верхнего и нижнего слоя земли.
Плату LCD желательно подключить к основной плате экранированным шлейфом. Он сделан из 4-х проводов, поверх которых поставлена обычная оплетка и изоляционная трубка. Оплетка заземляется только со стороны основной платы. Шлейф пропускают через ферритовое кольцо от какой-нибудь компьютерной техники. Т.о. уменьшаются до минимума помехи от работы LCD.
Плата БП односторонняя. Есть два варианта разводки под детали разного размера. На
платах не поставлены конденсаторы на вход (220В) трансформатора и параллельно диодам моста, разводку лучше доделать и при необходимости поставить. Особенностью платы является способ разводки земли „в одну точку”. Если будете переразводить по каким-то причинам, сохраните эту конфигурацию. Важно подобрать трансформатор с маленькими потерями (маленький ток ХХ). Перед выбором или изготовлением трансформатора рекомендуем ознакомится со статьей
В.Т. Полякова «Уменьшение поля рассеяния трансформатора», опубликованной в ж.Радио, №7 за 1983 год. Практика показала, что китайский ширпотреб без перемотки нормально не работает. Скорее всего, придется самому намотать трансформатор исходя из формулы „Витков/вольт=55-60/S”. Это не опечатка именно 55-60/S, в этом случае потери и наводки от трансформатора будут меньше. Конструкцию трансформатора желательно выбрать такой, в которой сетевая и вторичные
обмотки расположены в отдельных секциях. Это уменьшит емкость между обмотками.
5.1 Корпус
Один корпус был изготовлен из стали толщиной 1мм, другой из пластика. Если делать из пластика, плату основного блока надо экранировать. Примерные чертежи корпуса приведены в файлах “Box1.pdf” и “Box2 .pdf”.
| [Схема и рисунки плат ] | 187 kB | |
| [Платы от Игоря] | 2372 kB | |
| [Схема] | 172 kB | |
| [Прошивка и исходники версии 1.0] | 41 kB | |
| [Прошивка и исходники версии 1.1] | 50 kB | |
| [Прошивка и исходники версии 1.1a] | 50 kB | |
| [Прошивка и исходники версии 1.2] | 69 kB | |
| [Прошивка и исходники версии 1.3] | 69 kB |
Кнопки LCD „удлиняем” толстым проводом (6мм2). Провод вставляем в колпачки и заливаем эпоксидкой. Колпачки фиксируем на кнопках обычными кембриками или термоусадкой подходящего диаметра.
Корпус в сборе:
5.2 Зажимы и переходники
Зажим „Кельвина”
Для изготовления зажимов потребуется 4-е обычных „крокодила” (не выбирайте самые мелкие, возьмите размером чуть больше), используются те половинки, на которые крепится шнур. Измеряем длину и ширину зоны зубьев, чтоб получить размеры изоляционной платки. Примерно получается 12х4мм (здесь и далее размеры даны только для ориентировки). Платка должна выступать по ширине примерно на 0.8мм с обеих сторон и по длине около 2мм. Примерный размер платки получился 5.5х15мм. Надо использовать двухсторонний стеклотекстолит толщиной 0.9-1.1мм. Более толстый ставить не стоит, т.к. придется больше спиливать губки „крокодилов” и
прочность конструкции уменьшится. Для начала надо вырезать полоску текстолита длиной 70- 80мм и шириной 5.5мм. Ее нужно почистить и залудить с обеих сторон. Потом эту полоску разрезать на 4-е части. Неплохо все кусочки вместе зажать в тиски и подогнать под размер. Далее берем лепестки от телефонного реле (или другого типа, просто толщина должна быть ~0.15-0.2мм, ширина ~3.5мм и длина 22мм). Делаем передний профиль лепестков (для зажима SMD детали). Задний (треугольный) профиль лучше сделать после пайки пластины на платку. Обрабатываем наждачной бумагой и залуживаем нижнюю и боковые поверхности лепестков.
Потом размещаем подготовленные лепестки на платки и фиксируем их с помощью крокодилов. Пропаиваем сначала одну торцевую поверхность, поворачиваем крокодилы и пропаиваем вторую сторону. Потом уже можно спилить под углом заднюю часть лепестков.
Разбираем крокодилы с помощью плоскогубцев – аккуратно сжимаем по кругу края расклепанного штифта. Удаляем пружину и собираем два новых крокодила из длинных половинок, временно поставив штифт обратно на месте. Теперь надо спилить зубья обоих частей будущего зажима так, чтобы две платочки с припаянными на них лепестками точно входили в пространство между губками и плотно прилегали одна к другой.
Подготавливаем экранированный шнур длиной 0.75-1м. Как уже говорилось, можно использовать толстый кабель от старых VGA CRT мониторов, внутри есть три экранированных шнура, диаметром 3мм. Центральную жилу освобождаем от оплетки ~20мм. Экран укорачиваем до 10мм. Облуживаем оплетку на 5мм, центральную жилу на 2мм и припаиваем ее на лепесток с нижней стороны. Зачищаем наждачной бумагой передний край крокодилов и облуживаем его. Заодно чистим и внутреннюю поверхность крокодила (там, где нужно припаять экран шнура) и облуживаем. Подготовив т.о. обе половины „крокодила Кельвина”, собираем его. Это не так просто, для облегчения можно предварительно сжать пружину тисками и обмотать ее парой витков медной 0.5 проволоки, которую после сборки удалить. Будьте осторожны и работайте в защитных очках, пружина – вещь коварная! Когда половинки встанут на место, вставляем штифт. Подгоняем платки, чтобы встали посередине крокодилов и выступали ~2мм вперед. Припаиваем
обе половины крокодила к верхней поверхности платочек. Прижимаем шнур и расклепываем
штифт.
„Крокодил Кельвина”:
И полностью в сборе:
Пинцет для SMD
Пинцет сделан из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита 1.5мм. Разводка рисунка есть в RLC2.lay. Вторая сторона - сплошной экран. Сверлим два переходных отверстия сверлом 0.5-0.8мм. Вставляем в отверстия медный провод такого же диаметра, обрезаем его с обеих сторон на высоте 0.5-0.8мм от поверхности платы, расклепываем и пропаиваем. Для пинцета использовали такие же лепестки от реле, как и в „крокодиле Кельвина”. Собираем пинцет, вставив между половинками прокладку из пластика (ПВХ) толщиной 6мм. После проверки облагораживаем термоусадкой.
Платки перед сборкой:
Пинцет в собранном виде:
Переходник для выводных деталей:
Для изготовления переходника использован разъем, от которого отпиливаем кусок (~16мм) на 6 пар выводов. Платка („Adapter” из RLC2.lay) сделана из двухстороннего стеклотекстолита толщиной 1.5мм. В переходные отверстия вставляем провод 0.7-0.8мм и расклепываем с обеих сторон. Экран сделан из луженой жести толщиной 0.15-0.2мм. Для корпуса использован старый компьютерный разъем RS232.
Материалы В сборе
6. Функции кнопок
Перед описанием процесса настройки прибора расскажем о назначении кнопок. Каждая кнопка в приборе имеет несколько функций в зависимости от режима работы и времени нажатия. Различаются длинные и короткие нажатия. Короткое – это когда время нажатия кнопки менее 1 сек., сопровождается одиночным звуковым сигналом. Если кнопка нажата и удерживается более 1 сек. – это состояние обрабатывается программой как „длинное нажатие” и сопровождается вторым звуковым сигналом. Длинные нажатия в предназначены для переключения режимов работы прибора.
Режим измерения – основной режим работы прибора, включается автоматически после подачи питания.
S1 – меняет частоту тестового сигнала (100Гц, 1кГц, 10кГц) по кругу
S2 – последовательная (s) / параллельная (p) схема замещения
S3 – режим отображения результатов LC / X (вторая строка дисплея)
S4 – отображение R / Q / D (первая строка)
S5 – диапазон измерения Auto – на дисплей рядом с номером диапазона выводится символ «А», после нажатия диапазоны перебираются по кругу от текущего до 7, далее 0..7. Обратное включение автоматического выбора диапазона – длинное нажатие S5
S6 – Удержание показаний (Hold), на экране отображается символ «Н»
Режим отладки (Service mode), включается длинным нажатием S6
S1 – меняет частоту сигнала тестового сигнала (100Гц, 1кГц, 10кГц) по кругу
S2 – переключает R range резистор в преобразователе I/U (100; 1к; 10к; 100к)
S3 – переключает к-т усиления (1х1; 10х1; 1х10 1х100)
S4 – измерение реальной (Re), мнимой (Im), обеих сразу (RI) составляющих напряжения или тока
S5 – режим измерения тока или напряжения
S6 – длинное нажатие – выход из режима отладки
Режим ХХ/КЗ калибровки, включается длинным нажатием S1
S1 – переключает типа калибровки (Open-Short-Open и т.д.)
S2 – запускает калибровку выбранного типа (Open или Short).
Короткое нажатие любой другой кнопки – выход в основной режим без калибровки.
Изменение корректирующих коэффициентов, включается длинным нажатием S3. Номер коэффициента соответствует номеру диапазона, т.е., к примеру, нулевой к-т используется для подстройки показаний на нулевом диапазоне. К-т №8 корректирует показания вольтметра напряжения смещения.
S1 - разряд влево
S2 - вниз (уменьшение значение разряда)
S3 - вверх (увеличение значение разряда)
S4 - разряд вправо
S5 - следующий коэффициент
S6 - выход из режима редактирования коэффициентов
- „Длинные” нажатия кнопок
S1 – включает режим калибровки
S2 – не задействовано
(т.е. потенциально нерабочие), либо сам монтаж сделан неаккуратно, с ошибками. Это приводит, как правило, к дополнительным повреждениям, и увеличению времени запуска и настройки устройства. Поэтому рекомендуем запускать RLC отдельно по блокам. И если есть возможность,перед установкой на плату проверьте ВСЕ детали, которые сможете проверить. Это избавит вас от неразумений типа чтения надписей на перевернутых SMD-резисторах, установки высохших электролитов по питанию и т.п.
Сначала проверяем трансформатор и убеждаемся, что напряжения на вторичных обмотках ~8-9 В. Погоняйте его на холостом ходу, проверьте нагрев (железо трансформаторов от китайских БП за час разогревается до 60-70 градусов). Подключаем трансформатор и проверяем блок питания отдельно от остальной схемы, на выходе должно быть ±5В и +29.5-30.5В. Проверяем платку LCD на к.з. Подключаем только питание на плату дисплея. На первой строке должны появиться черные прямоугольники. Это свидетельствует о том, что нормально прошла внутренняя инициализация ЖКИ и правильно установлено напряжение, регулирующее контрастность.
Программировать МК можно практически любым программатором, поддерживающим PIC16F876A. МК можно программировать как отдельно – в программаторе, так и на плате через разъем ISCP. В этом случае перемычка Jmp1 должна быть разомкнута. Подключаем питание на основную плату без установленных каких-либо микросхем. Проверяем наличие напряжений +5В и -5В на месте соответствующих выводов МС. Убеждаемся, что на входах ОУ, где установлены защитные диоды, нет напряжения. Проверяем „опору” АЦП - +0.5В.
Устанавливаем МК, подключаем плату дисплея и включаем питание -> на дисплее должно появиться приветствие „RLC meter v1.0”. Пока не установлен АЦП, прибор не будет показывать другую информацию, и не будет реагировать на нажатие кнопок. Это свидетельствует о правильно прошитом МК. Проверяем наличие меандра 250кГц „AdcClk” и меандр „SinClk” – 100кГц (в режиме синуса=1кГц). Последовательно устанавливаем МС (не забывая при установке выключить питание!) и проверяем согласно таблице: 3
| Диапазон | R |
| 0 | 1 Ом |
| 1 | 10 Ом |
| 2 | 200 Ом |
| 3 | 2к |
| 4 | 20к |
| 5 | 200к |
| 6 | 2М |
| 7 | 10М |
И в заключение приведем результаты измерений конденсатора 0.2пФ и дросселя 1мкГн на
частоте 10кГц, показания стабильны:- 08.10.2014
Стереофонический регулятор громкости, баланса и тембра на ТСА5550 имеет следующие параметры: Малые нелинейные искажения не более 0,1% Напряжение питания 10-16В (12В номинальное) Ток потребления 15…30мА Входное напряжение 0,5В (коэффициент усиления при напряжении питания 12В единица) Диапазон регулировки тембра -14…+14дБ Диапазон регулировки баланса 3дБ Разница между каналами 45дБ Отношение сигнал шум …
- 29.09.2014
Принципиальная схема передатчика показана на рис.1. Передатчик (27МГц) выдает мощность около 0,5Вт. В качестве антенны используется провод 1 м длиной. Передатчик состоит из 3-х каскадов — задающего генератора (VT1), усилителя мощности (VT2) и манипулятора (VT3). Частота задающего генератора задается кв. резонатором Q1 на частоту 27 МГц. Нагружен генератор на контур …
- 28.09.2014
Параметры усилителя: Суммарный диапазон воспроизводимых частот 12…20000Гц Максимальная выходная мощность СЧ-ВЧ каналов(Rн=2,7Ом, Uп=14В) 2*12Вт Максимальная выходная мощность НЧ канала(Rн=4Ом, Uп=14В) 24Вт Номинальная мощность СЧ-ВЧ каналов при КНИ 0,2% 2*8Вт Номинальная мощность НЧ канала при КНИ 0,2% 14Вт Максимальный ток потребления 8 А В данной схеме А1 — ВЧ-СЧ усилитель, а …
- 30.09.2014
УКВ-приемник работает в диапазоне 64-108МГц. Схема приемника основана на 2-х микросхемах: К174ХА34 и ВА5386, дополнительно в схеме присутствуют 17 конденсаторов и всего 2-а резистора. Колебательный контур один, гетеродинный. На А1 выполнен супергетеродинный УКВ-ЧМ без УНЧ. Сигнал от антенны поступает через С1 на вход ПЧ микросхемы А1(вывод12). Настройка на станцию производится …
Измерители емкости и индуктивности, описанные в радиолюбительских журналах, довольно сложны схемотехнически, часто имеют определенные недостатки (в частности по пределам измерения). Кроме того, нередки случаи, когда эти схемы измерителей выполнены с ошибками. Исходя из этого, я решил повторить схему широкополосного измерителя R, С, L, описанного в (все-таки книга с красивым названием, и цена этой книги по тем временам не очень маленькая). Я уже думал, что напрасно потерял время, изготавливая измеритель R, С, L , но потом, поразмыслив, создал свой измеритель R, С, L, использовав идею измерения R, С, L, изложенную в .
Схема простого измерителя RCL изображена на рис. 1. Прибор позволяет измерять сопротивления резисторов от 1 Ом до 10 МОм в семи диапазонах (10; 100 Ом; 1; 10; 100 кОм; 1; 10 МОм), емкости конденсаторов от 100 пФ до 1000 мкФ (пределы -1000 пФ; 0,01; 0,1; 1; 10; 100; 1000 мкФ) и индуктивности катушек от 10 мГ до 1000 Г (пределы -100 мГ; 0,1; 1; 10; 100; 1000 Г). Питание измерителя R, С, L осуществляется от вторичной обмотки трансформатора Т1. Напряжение на этой обмотке приблизительно 18 В. Провод вторичной обмотки трансформатора Т1 должен быть рассчитан на ток 1 А, первичной - на 0,1 А. Трансформатор Т1 должен быть рассчитан на мощность не менее 20 Вт.
Схема прибора представляет собой измерительный мост переменного тока. Индикатором баланса моста служит вольтметр переменного тока Р1 с пределом измерения не ниже 20 В (лучше использовать цифровой вольтметр, измеряющий десятые, а еще лучше - сотые доли Вольта), подключаемый к клеммам ХЗ, Х4, или микроамперметр (миллиамперметр) постоянного тока Р2, подключенный к измерительной диагонали моста через гасящий резистор R12 (его сопротивление подбирается экспериментально - при напряжении 18 В стрелка микроамперметра должна отклоняться на всю шкалу) и диодный мост VD1 ...VD4.
Род измерений выбирается переключателем SA3 на 3 положения: I (крайнее левое положение - измерение сопротивлений) - "R"; II - измерение емкостей - "С"; III - измерение индуктивностей - "L". В отдельных случаях при измерениях 0 прибора Р1 (Р2) может сохраняться, скажем, от отметки 4 шкалы переменного резистора R11 до отметки 6. В этом случае величина измеряемого параметра равна 5. В режиме измерения сопротивлений Rx = R1 (R2...R7) R11 /R10. В режиме измерения емкости Сх = С1 R11 / R1 (R2...R7). В режиме измерения индуктивности Lx = С1 R11 R1 (R2...R7).
Применить подключение резистора сопротивлением 1 Ом на переключатель SA1 для увеличения диапазона измерений не представляется возможным, т.к. на этом резисторе будет сравнительно малое напряжение (приблизительно 1 В)и уравновесить мост переменным резистором R11 сопротивлением 4,7 кОм практически невозможно.
Емкость конденсатора С1 применена сравнительно большой (2,5 мкФ) по похожей причине - если в качестве конденсатора С1 применить конденсатор с меньшей емкостью, его емкостное сопротивление будет сравнительно большим на низкой частоте (50 Гц). Даже при емкости конденсатора С1 - 2,5 мкФ, измерение индуктивностей в положении 1 переключателя SA1 не представляется возможным. Точность измерения индуктивности предлагаемым измерителем R, С, L я не смог определить, так как у меня нет образцовых катушек сравнительно большой индуктивности, но не верить вышеприведенной формуле определения индуктивности Lx оснований нет.
К слову будь сказано, при измерении индуктивности 0 прибор не показывает. При вращении движка резистора R11 напряжение на измерительной диагонали моста уменьшается, доходит до определенного уровня, а затем начинает увеличиваться. То положение движка резистора R11, при котором прибор показывает минимальное напряжение, и является величиной индуктивности Lx.
Я думаю, вышеприведенное обстоятельство объясняется тем, что для уравновешивания моста не учтено активное сопротивление катушки индуктивности. Но, с другой стороны, это неважно, т.к. активное сопротивление катушки не влияет на ее индуктивность и его спокойно можно измерить обычным омметром.
Погрешность измерения предлагаемого прибора напрямую зависит от самого конструктора. Тщательно подобрав образцовые резисторы R1 ...R7, конденсатор С1 и правильно расчертив шкалу переменного резистора R11, можно свободно добиться того, чтобы погрешность прибора не превышала 2%.
Переменный резистор R11 - проволочный, желательно открытой конструкции, чтобы можно было зачищать от пыли и загрязнений резистивную поверхность. Я, например, в качестве резистора R11 применил переменный проволочный резистор типа ППБ - ЗА. Конденсатор С1 составлен из двух конденсаторов - емкостью 1 мкФ и 1,5 мкФ, включенных параллельно.
Градуировка шкалы переменного резистора R11 производится при включении переключателя SA3 в положение "R", a SA1 - в положение "3". К зажимам Х1, Х2 поочередно подключают образцовые резисторы сопротивлением 100, 200, 300 Ом... 1 кОм и при каждом уравновешивании моста на шкале переменного резистора делают отметку. Промежутки между отметками делят на 10 равных частей.
Конденсатор С1 подбирают, установив: SA1 - в положение "5", SA3 - в положение "С". К зажимам моста Х1, Х2 подключают образцовый конденсатор емкостью 0,01 мкФ, движок переменного резистора R11 должен быть установлен на отметке "1" и при этом мост должен быть сбалансирован (0 на приборе). Калибровку моста в режиме измерения индуктивности можно не делать. Для удобства работы с измерителем R, С, L просто необходимо на лицевую панель наклеить таблицу с диапазонами измерений R, С, L. Внешний вид лицевой панели измерителя R, С, L показан на рис. 2.
Литература:
[i]
1.
Боровский В.П., Косенко В.И., Михайленко В.М., Партала О.Н.
2.
Справочник по схемотехнике для радиолю бителя. - Киев. Техника. 1987 г.
Продолжу описание программы LIMP из пакета фирмы Arta Software
. С ее помощью можно определять номиналы сопротивлений, индуктивностей, емкостей. Для этого достаточно компьютера, бесплатной программы и аппаратной части из одного резистора и нескольких шнуров.
Конечно, этот измеритель не может заменить специализированные приборы ни по удобству, ни по точности измерений, но покупать дорогостоящий прибор ради нескольких измерений не всегда целесообразно. Предлагаемый инструмент чисто радиолюбительский - измерения медленные и требуют определенной работы мозга и рук, зато бесплатно и своими руками.
Аппаратная часть
Из деталей надо 2 разъема 3,5 мм для звуковой карты с экранированными проводами, резистор примерно 100 Ом, переключатель с одной группой контактов (или аналог. кнопка) любой, два крокодила или зажима.
Мне самому было интересно покопаться. ARTA пишет, что для точности желательно, чтобы Z было менее 100 Ом, гораздо меньше, чем входное сопротивление звуковой карты (якобы оно примерно 20 кОм). Думаю, что очень низкое Z при измерении очень больших емкостей, тоже ухудшает точность, но на практике мало интересно - емкость 20000 мкФ или 22000 мкФ, важнее знать, что эта емкость есть, не высохла, а если есть нужда в подборе одинаковых емкостей, то абсолютное значение тоже не так важно. Еще раз напоминаю - смотрите результат при фазе для конденсаторов около -90, а индуктивностей +90. Кстати, у конденсаторов с плохой термозависимостью видно как изменяется Z от тепла пальцев.
Можно проверить древние емкости из запасов (ESR не видно, а жаль), падение емкости из-за высыхания или обрыва, видно сразу.
Нет слов, специальные приборы в 1000 раз лучше, но они денег стоят и место занимают.
Измерения сопротивлений
Сначала я даже хотел опустить этот пункт - дешевые цифровые китайские тестеры есть у всех, но подумав, нашел случаи, когда данный метод может быть полезен.Это измерение малых сопротивлений - до 0,1 Ом включительно. Сначала надо откалибровать прибор и замкнуть его щупы. С длинным шнуром у меня получилось 0,24 Ом. Эту величину будем вычитать из всех измерений низкоомных резисторов. У меня есть горсть резисторов С5-16МВ-5 на 3,9 Ом с точностью 1%.
Все проверенные резисторы дали такой результат. 4,14 – 0,24 = 3,9
Для проверки была измерена горсть других низкоомных резисторов, без замечаний. Самым низкоомным был на 0,51 Ом +- 5%. Измеренное значение 0,5 Ом. К сожалению, не смог найти в своих запасах 0,1 Ом, но я уверен, что и с ними не было бы проблем, нужны только зажимы с хорошими контактами.
Кроме измерения сопротивления низкоомных резисторов, интерес, особенно для фильтров акустических систем, представляет их индуктивность. Они же проволочные, намотаны в катушку. Насколько же существенна их индуктивность? Я проверял в основном низкоомные (до 20 Ом) резисторы (в акустику и усилители высокоомные не ставят) типов С5-16МВ, С5-37В, С5-47В, ПЭВР-25, С5-35В. Их индуктивность была в диапазоне 2…6 микроГенри. При измерениях резисторов в сотни Ом, их индуктивность была на порядок выше.
Измерения индуктивностей
Плавно переходим к индуктивностям. У меня сейчас нет точных индуктивностей, поэтому я просто проверил качественную, но не количественную работоспособность метода.
Это измерения дросселя ДМ-0,1 на 30 мкГн, получилось правдоподобно.
Вот дроссель из импульсного блока питания. Тоже похоже на правду. За точность не ручаюсь - здесь есть место для исследований.
Измерения емкостей
Самая интересная часть, есть непонятное, но результаты очень интересные. Диапазон измерений от 0,1 мкФ до 100 000 мкФ. Точность - несколько процентов. Более-менее терпимые результаты получаются от 0,01 мкФ, но измерения на низких частотах длинным шнуром с большой емкостью, малоцелесообразны. Я исходил из того, что интерес представляют емкости порядка долей-единиц мкФ для фильтров акустических систем и регуляторов тембра, разделительных конденсаторов УНЧ. Была надежда увидеть ESR (не оправдалась). Поскольку прецизионных емкостей я у себя не нашел, пришлось использовать статистический метод и здравый смысл. Сначала я сделал и хотел представить большую таблицу, но потом очевидная истина дошла и до меня, для вас только результаты.
Это конденсатор 0,15 MKP X2. На какой частоте измерять? Arta освещает это невнятно. Говорят, что надо измерять при импедансе менее 100 Ом (одна клетка на графике слева 800 Ом)…
На 200 Гц получается 0,18 мкФ, на 20 кГц - 0,1 мкФ. Из основ электротехники известно, что ток в емкости опережает напряжение (-90 град), в индуктивности - наоборот (+90 град), поэтому руководствуемся серой кривой и числом сдвига фазы справа. Лучше, если сдвиг будет близок к 90 град. К сожалению, из-за ограниченного частотного диапазона, это не всегда получается, кроме того, нередко около 20 кГц сдвиг фазы уменьшается, не будем лезть в эту область!
Вот и пример. Это неполярный оксидный конденсатор 2,2 мкФ на 15 В. Есть сильное подозрение в его низком качестве и непригодности для аудиофилов. У неэлектролитических конденсаторов на большее напряжение фазовый график другой. Здесь же наиболее достоверные результаты в области 0,5…1 кГц.
Конденсатор 1 мкФ К10-47В на 50 В ТКЕ Н30. Достоверный и стабильный результат в диапазоне частот 1…20 кГц при фазовом сдвиге 85…90 град.
Любопытство потянуло меня посмотреть: а что будет, если измерять оксидные (электролитические) конденсаторы? Оказалось, что измерять можно! Результат абсолютно не зависит от полярности подключения, я измерил даже 4 банки по 10 000 мкФ соединенные параллельно и получил достоверный результат. О достоверности я могу судить потому, что до этого измерил десятки конденсаторов от 1 до 15 000 мкФ.
Получилось 44 миллиФарады. Обратите внимание на фазовую характеристику в области нескольких кГц, она приобретает характер индуктивности. Что это - несовершенство инструмента или действительно на таких частотах емкость обкладок работает хуже, а индуктивность рулона обмотки говорит все громче? Параллельное подключение небольшой пленочной емкости на график не повлияло.
В силу того, что загрузка графики в пост ограничена, я привожу минимум примеров, поэтому просто повторю, что измерять надо при максимально «правильной» фазе (при переходе через 0 вы из емкости получите «индуктивность» и наоборот).
Бывает и такое. Это одна из старых выпаянных оксидных емкостей. Явно, ей место на свалке. Представляете, что такая емкость сделает со звуком?!
Можно попасть и в такую ловушку.
Программа для измерения сопротивления, индуктивности и емкости неизвестных электронных компонентов.
Требует изготовления простейшего переходника для подключения к звуковой карте компьютера (два штеккера, резистор, провода и щупы).
Download the single-frequency version - Скачать программу v1.11
(архив 175 кБ, одна рабочая частота).
Download the double-frequency version - Скачать программу v2.16
(архив 174 кБ, две рабочих частоты).
Это еще один вариант, пополняющий и без того обширную коллекцию аналогичных программ. Здесь не воплощены все задумки, работа над которыми продолжается. Функционирование «основы» вы можете оценить прямо сейчас.
В основу заложен общеизвестный принцип определения амплитудных и фазовых соотношений между сигналами с известного (образцовогоо) компонента, и с компонента, параметры которого надо определить. В качестве тестового используется сигнал синусоидальной формы, генерируемый звуковой картой. В первой версии программы использовалась только одна фиксированная частота 11025 Гц, в следующей версии к ней добавилась вторая (в 10 раз меньшая). Это позволило расширить верхние границы измерений для емкостей и индуктивностей.
Выбор именно этой частоты (четверть от частоты сэмлинга) является главной «инновацией», отличающей этот проект от остальных. На такой частоте алгоритм интегрирования по-Фурье (не путать с БПФ - быстрым преобразованием Фурье) максимально упрощается, а нежелательные побочные эффекты, приводящие к росту шума в измеряемом параметре, полностью пропадают. В итоге кардинально улучшается быстродействие и снижается разброс показаний (особо ярко выраженный на краях диапазонов). Это позволяет расширить диапазоны измерений и обойтись только одним образцовым элементом (резистором).
Собрав схему согласно рисунку и установив регуляторы уровня Windows в оптимальное положение, а также произведя начальную калибровку по закороченным между собой щупам («Cal.0»), можно сразу же приступать к измерениям. С такой калибровкой без труда ловятся низкие сопротивления, в том числе ESR, порядка 0,001 ом, а СКО (среднеквадратическое отклонение) результатов измерений в этом случае составляет порядка 0,0003 ом. Если зафиксировать положение проводов (чтобы не менялась их индуктивность), то можно «ловить» индуктивности порядка 5 нГн. Калибровку «Cal.0» желательно проводить после каждого старта программы, поскольку положение регуляторов уровня в среде Windows может быть, в общем случае, непредсказуемым.
Чтобы расширить диапазон измерений в область больших R, L и малых C, требуется учитывать входное сопротивление звуковой карты. Для этого служит кнопка «Cal.^», нажимать на которую надо при разомкнутых между собой щупах. После такой калибровки можно достичь следующих диапазонов измерений (при нормировании случайной составляющей погрешности на краях диапазонов на уровне 10%):
- по R - 0.01 ом... 3 Мом,
- по L - 100 нГн... 100 Гн,
- по C - 10 пФ... 10 000 мкФ (для версии с двумя рабочими частотами)
Минимальная погрешность измерения определяется допуском образцового резистора. Если предполагается использование обычного ширпотребовского резистора (и даже с номиналом, отличным от указанного), в программе предусмотрена возможность его калибровки. Соответствующая кнопка «Cal.R» становится активной при переходе в режим «Ref.» Величина резистора, который будет использоваться в качестве эталонного, задается в файле *.ini в качестве значения параметра «CE_real». После калибровки уточненные характеристики образцового резистора запишутся в виде новых значений параметров «CR_real» и «CR_imag» (в 2-х частотной версии параметры измеряются на двух частотах).
С регуляторами уровня программа напрямую не работает - пользуйтесь стандартным микшером Windows или аналогичным. Шкала «Level» служит для настройки оптимального положения регуляторов. Здесь можно порекомендовать такую методику настройки:
1. Определиться, какой регулятор отвечают за уровень воспроизведения, а какой - за уровень записи. Остальные регуляторы желательно заглушить для минимизации вносимых ими шумов. Регуляторы балланса - в среднее положение.
2. Исключить прегрузку по выходу. Для этого, установив регулятор записи в положение ниже среднего, с помощью регулятора воспроизведения найти ту точку, где ограничивается рост столбика «Level», а затем немного отступить назад. Скорее всего перегрузки вообще не будет, но для надежности регулятор лучше не выводить на отметку «макс».
3. Исключить прегрузку по входу - регулятором уровня записи сделать так, чтобы столбик «Level» не доходил до конца шкалы (оптимальное положение - 70...90%) в отсутствии измеряемого компонента, т.е. при разомкнутых щупах.
4. Замыкание щупов между собой не должно приводить к сильной просадке уровня. Если это так, то выходные усилители звуковой карты слишком слабы для данной задачи (иногда решается настройками карты).
Требования к системе
- ОС семейства Windows (тестировалась под Windows XP),
- поддержка звука 44,1 ksps, 16 bit, stereo,
- наличие одного аудио устройства в системе (если окажется несколько, то программа будет работать с первым из них, и не факт, что у веб-камеры окажутся гнезда «Line In» и «Line Out»).
Особенности измерений, или чтобы не попасть впростак
Любой измерительный инструмент требует знания его возможностей и умения правильно интерпретировать результат. Например, при использовании мультиметра стоит задуматься, а какое переменное напряжение он, собственно, меряет (при отличии формы от синусоидальной)?
В 2-х частотной версии для измерения больших емкостей и индуктивностей используется низкая (1,1 кГц) частота. Граница перехода отмечена сменой цвета шкалы с зеленого на желтый. Аналогично меняется и цвет показаний - с зеленого на желтый при переходе к измерениям на низкой частоте.
Стереофонический вход звуковой карты позволяет организовать «четырехпроводную» схему подключения только для измеряемого компонента, схема же подключения эталонного резистора остается «двухпроводной». При таком раскладе любая нестабильность контакта разъема (в нашем случае - земляного) может исказить результат измерения. Ситуацию спасает относительно большая величина сопротивления эталонного резистора по сравнению к нестабильностью сопротивления контакта - 100 ом против долей ома.
И последнее. Если измеряемый компонет - конденсатор, то он может оказаться заряженным! Даже разряженный электролитический конденсатор со временем может «собрать» оставшийся заряд. Схема не имеет защиты, так что вы рискуете вывести из строя свою звуковую карту, а в худшем случае - сам компьютер. Сказанное относится и к тестированию компонетов в устройстве, тем более - необесточенном.
