Cómo medir el valor de un inductor o condensador con un osciloscopio: método de frecuencia resonante

Las resistencias, inductores y condensadores son los componentes pasivos más utilizados en casi todos los circuitos electrónicos. De estos tres, el valor de las resistencias y los condensadores se marca comúnmente en la parte superior, ya sea como código de color de la resistencia o como marca numérica. Además, la resistencia y la capacitancia también se pueden medir usando un multímetro normal. Pero la mayoría de los inductores, especialmente los con núcleo de ferrita y con núcleo de aire, por alguna razón, no parecen tener ningún tipo de marca en ellos. Esto se vuelve bastante molesto cuando tiene que seleccionar el valor correcto de inductor para el diseño de su circuito o ha rescatado uno de un PCB electrónico antiguo y desea saber el valor del mismo.

Una solución directa para este problema es utilizar un medidor LCR que pueda medir el valor del inductor, condensador o resistencia y mostrarlo directamente. Pero no todos tienen un medidor LCR a mano, por lo que en este artículo aprendamos a usar un osciloscopio para medir el valor de un inductor o capacitor usando un circuito simple y cálculos fáciles. Por supuesto, si necesita una forma más rápida y robusta de hacerlo, también puede construir su propio medidor LC que utiliza la misma técnica junto con una MCU adicional para leer el valor en la pantalla.

Materiales necesarios

• Osciloscopio
• Generador de señal o señal PWM simple de Arduino u otra MCU
• Diodo
• Condensador conocido (0,1 uf, 0,01 uf, 1 uf)
• Resistencia (560 ohmios)
• Calculadora

Para medir el valor de un inductor o condensador desconocido, necesitamos construir un circuito simple llamado circuito tanque. Este circuito también se puede llamar circuito LC o circuito resonante o circuito sintonizado. Un circuito de tanque es un circuito en el que tendremos un inductor y un capacitor conectados en paralelo entre sí y cuando el circuito se alimenta, el voltaje y la corriente a través de él resonarán a una frecuencia llamada frecuencia de resonancia. Entendamos cómo sucede esto antes de seguir adelante.

¿Cómo funciona un circuito de tanques?

Como se dijo anteriormente, un circuito de tanque típico solo consiste en un inductor y un capacitor conectados en paralelo. El condensador es un dispositivo que consta de solo dos placas paralelas que es capaz de almacenar energía en campo eléctrico y un inductor es una bobina enrollada sobre un material magnético que también es capaz de almacenar energía en campo magnético.

Cuando se alimenta el circuito, el capacitor se carga y luego, cuando se quita la energía, el capacitor descarga su energía en el inductor. Para cuando el capacitor drena su energía en el inductor, el inductor se carga y usaría su energía para empujar la corriente hacia el capacitor en polaridad opuesta para que el capacitor se cargue nuevamente. Recuerde que los inductores y condensadores cambian de polaridad cuando se cargan y descargan. De esta manera, el voltaje y la corriente oscilarían hacia adelante y hacia atrás creando una resonancia como se muestra en la imagen GIF de arriba.

Pero esto no puede suceder para siempre porque, cada vez que el capacitor o inductor se carga y descarga, se pierde algo de energía (voltaje) debido a la resistencia del cable o como energía magnética y lentamente la magnitud de la frecuencia de resonancia se desvanecería como se muestra a continuación. forma de onda.

Una vez que obtenemos esta señal en nuestro osciloscopio, podemos medir la frecuencia de esta señal que no es más que la frecuencia de resonancia, luego podemos usar las fórmulas a continuación para calcular el valor del inductor o condensador.

FR = 1 / / 2π √LC

En las fórmulas anteriores, F _R es la frecuencia de resonancia, y luego, si conocemos el valor del capacitor, podemos calcular el valor del inductor y, de manera similar, conocemos el valor del inductor, podemos calcular el valor del capacitor.

Configuración para medir inductancia y capacitancia

Suficiente teoría, ahora vamos a construir el circuito en una placa. Aquí tengo un inductor cuyo valor debería averiguar usando un valor conocido de inductor. La configuración del circuito que estoy usando aquí se muestra a continuación

El condensador C1 y el inductor L1 forman el circuito del tanque, el diodo D1 se usa para evitar que la corriente vuelva a entrar en la fuente de señal PWM y la resistencia de 560 ohmios se usa para limitar la corriente a través del circuito. Aquí he usado mi Arduino para generar formas de onda PWM con frecuencia variable, puede usar un generador de funciones si tiene uno o simplemente usar cualquier señal PWM. El osciloscopio está conectado a través del circuito del tanque. Mi configuración de hardware se veía como a continuación una vez que se completó el circuito. También puede ver mi inductor de núcleo tórrido desconocido aquí

Ahora encienda el circuito usando la señal PWM y observe si hay una señal de resonancia en el osciloscopio. Puede intentar cambiar el valor del capacitor si no obtiene una señal de frecuencia de resonancia clara, comúnmente el capacitor de 0.1uF debería funcionar para la mayoría de los inductores, pero también puede probar con valores más bajos como 0.01uF. Una vez que obtenga la frecuencia de resonancia, debería verse así.

¿Cómo medir la frecuencia de resonancia con un osciloscopio?

Para algunas personas, la curva aparecerá como tal, para otras es posible que deba modificar un poco. Asegúrese de que la sonda del osciloscopio esté configurada en 10x ya que necesitamos el condensador de desacoplamiento. También establezca la división de tiempo en 20us o menos y luego disminuya la magnitud a menos de 1V. Ahora intente aumentar la frecuencia de la señal PWM, si no tiene un generador de forma de onda, intente disminuir el valor del capacitor hasta que note la frecuencia de resonancia. Una vez que obtenga la frecuencia de resonancia, coloque el osciloscopio en una sola secuencia. modo para obtener una forma de onda clara como la que se muestra arriba.

Después de recibir la señal tenemos que medir la frecuencia de esta señal. Como puede ver, la magnitud de la señal desaparece a medida que aumenta el tiempo, por lo que podemos seleccionar cualquier ciclo completo de la señal. Algunos osciloscopios pueden tener un modo de medición para hacer lo mismo, pero aquí le mostraré cómo usar el cursor. Coloque la primera línea del cursor en el inicio de la onda sinusoidal y el segundo cursor en el final de la onda sinusoidal como se muestra a continuación para medir el período de la frecuencia. En mi caso, el período de tiempo fue el resaltado en la imagen de abajo. Mi osciloscopio también muestra la frecuencia, pero para fines de aprendizaje solo considere el período de tiempo. También puede usar las líneas del gráfico y el valor de la división de tiempo para encontrar el período de tiempo si su osciloscopio no lo muestra.

Hemos medido solo el período de tiempo de la señal, para conocer la frecuencia simplemente podemos usar las fórmulas

F = 1 / T

Entonces, en nuestro caso, el valor del período de tiempo es 29.5uS, que es 29.5 × 10 ^-6. Entonces el valor de la frecuencia será

F = 1 / (29,5 × 10 ^-6) = 33,8 KHz

Ahora tenemos la frecuencia resonante como 33.8 × 10 ³ Hz y el valor del capacitor como 0.1uF que es 0.1 × 10 ^-6 F sustituyendo todo esto en las fórmulas que obtenemos

FR = 1 / 2π √LC 33,8 × 10 ³ = 1 / 2π √L (0,1 x 10 ^-6)

Resolviendo para L obtenemos

L = (1 / (2π x 33,8 x 10 ³) ² / 0,1 × 10 ^-6 = 2,219 × 10 ^-4 = 221 × 10 ^-6 L ~ = 220 uH

Entonces, el valor del inductor desconocido se calcula en 220uH, de manera similar, también puede calcular el valor del condensador utilizando un inductor conocido. También lo probé con algunos otros valores de inductor conocidos y parece que funcionan bien. También puede encontrar el trabajo completo en el video adjunto a continuación.

Espero que hayas entendido el artículo y hayas aprendido algo nuevo. Si tiene algún problema para que esto funcione para usted, deje sus preguntas en la sección de comentarios o use el foro para obtener más ayuda técnica.