Cara mengukur nilai induktor atau kapasitor menggunakan osiloskop - metode frekuensi resonansi

Resistor, Induktor, dan Kapasitor adalah komponen pasif yang paling umum digunakan di hampir setiap rangkaian elektronik. Dari ketiga nilai ini resistor dan kapasitor biasanya ditandai di atasnya baik sebagai kode warna resistor atau sebagai tanda numerik. Juga resistansi dan kapasitansi juga dapat diukur menggunakan Multimeter normal. Tetapi sebagian besar induktor, terutama yang memiliki inti ferit dan inti udara karena alasan tertentu tampaknya tidak memiliki tanda apa pun pada mereka. Ini menjadi sangat menjengkelkan ketika Anda harus memilih nilai induktor yang tepat untuk desain sirkuit Anda atau telah menyelamatkan satu dari PCB elektronik lama dan ingin mengetahui nilainya.

Solusi langsung untuk masalah ini adalah dengan menggunakan meteran LCR yang dapat mengukur nilai induktor, kapasitor atau resistor dan menampilkannya secara langsung. Tetapi tidak semua orang memiliki pengukur LCR, jadi dalam artikel ini mari kita pelajari cara menggunakan osiloskop untuk mengukur nilai induktor atau kapasitor menggunakan rangkaian sederhana dan perhitungan mudah. Tentunya jika Anda membutuhkan cara yang lebih cepat dan tangguh untuk melakukannya, Anda juga dapat membuat meteran LC sendiri yang menggunakan teknik yang sama beserta MCU tambahan untuk membaca nilai tampilan.

Bahan yang Dibutuhkan

• Osiloskop
• Signal Generator atau sinyal PWM sederhana dari Arduino atau MCU lainnya
• Diode
• Kapasitor yang dikenal (0.1uf, 0.01uf, 1uf)
• Resistor (560 ohm)
• Kalkulator

Untuk mengukur nilai induktor atau kapasitor yang tidak diketahui kita perlu membangun rangkaian sederhana yang disebut rangkaian tangki. Sirkuit ini juga bisa disebut sebagai sirkuit LC atau sirkuit Resonant atau sirkuit Tuned. Rangkaian tangki adalah rangkaian di mana kita akan memiliki induktor dan kapasitor yang terhubung secara paralel satu sama lain dan ketika rangkaian diberi daya, tegangan dan arus yang melewatinya akan beresonansi pada frekuensi yang disebut frekuensi beresonansi. Mari kita pahami bagaimana ini terjadi sebelum kita melangkah maju.

Bagaimana cara kerja Sirkuit Tangki?

Seperti yang diceritakan sebelumnya, rangkaian tangki tipikal hanya terdiri dari induktor dan kapasitor yang dihubungkan secara paralel. Kapasitor adalah perangkat yang hanya terdiri dari dua pelat paralel yang mampu menyimpan energi dalam medan listrik dan induktor adalah kumparan yang dililitkan di atas bahan magnet yang juga mampu menyimpan energi dalam medan magnet.

Ketika rangkaian dialiri daya kapasitor akan terisi dan kemudian ketika daya dilepas kapasitor melepaskan energinya ke induktor. Pada saat kapasitor mengalirkan energinya ke induktor, induktor akan terisi dan akan menggunakan energinya untuk mendorong arus kembali ke kapasitor dalam polaritas yang berlawanan sehingga kapasitor terisi kembali. Ingatlah bahwa induktor dan kapasitor mengubah polaritas saat mengisi dan melepaskan. Dengan cara ini tegangan dan arus akan berayun bolak-balik menciptakan resonansi seperti yang ditunjukkan pada gambar GIF di atas.

Tetapi ini tidak dapat terjadi selamanya karena, setiap kali kapasitor atau induktor mengisi dan melepaskan beberapa energi (tegangan) hilang karena resistansi kawat atau sebagai energi magnet dan perlahan-lahan besaran frekuensi resonansi akan memudar seperti yang ditunjukkan di bawah ini. bentuk gelombang.

Setelah kami mendapatkan sinyal ini di ruang lingkup kami, kami dapat mengukur frekuensi sinyal ini yang tidak lain adalah frekuensi resonansi, maka kami dapat menggunakan rumus di bawah ini untuk menghitung nilai Induktor atau kapasitor.

FR = 1 / / 2π √LC

Dalam rumus di atas F _R adalah frekuensi resonansi, dan kemudian jika kita mengetahui nilai kapasitor kita dapat menghitung nilai Induktor dan begitu pula kita mengetahui nilai induktor kita dapat menghitung nilai kapasitor.

Pengaturan untuk mengukur Induktansi dan Kapasitansi

Cukup teori, sekarang mari kita membangun sirkuit di papan tempat memotong roti. Di sini saya memiliki induktor yang nilainya harus saya ketahui dengan menggunakan nilai induktor yang diketahui. Pengaturan sirkuit yang saya gunakan di sini ditunjukkan di bawah ini

Kapasitor C1 dan Induktor L1 membentuk rangkaian tangki, Diode D1 digunakan untuk mencegah arus masuk kembali ke sumber sinyal PWM dan resistor 560 ohm digunakan untuk membatasi arus yang melalui rangkaian. Di sini saya telah menggunakan Arduino saya untuk menghasilkan bentuk gelombang PWM dengan frekuensi variabel, Anda dapat menggunakan generator fungsi jika Anda memilikinya atau cukup menggunakan sinyal PWM apa pun. Ruang lingkup terhubung melintasi sirkuit tangki. Pengaturan perangkat keras saya terlihat seperti di bawah ini setelah rangkaian selesai. Anda juga dapat melihat induktor inti panas terik saya di sini

Sekarang nyalakan sirkuit menggunakan sinyal PWM dan amati sinyal resonansi pada ruang lingkup. Anda dapat mencoba mengubah nilai kapasitor jika Anda tidak mendapatkan sinyal frekuensi resonansi yang jelas, biasanya kapasitor 0.1uF seharusnya berfungsi untuk sebagian besar induktor tetapi Anda juga dapat mencoba dengan nilai yang lebih rendah seperti 0.01uF. Setelah Anda mendapatkan frekuensi resonansi, akan terlihat seperti ini.

Bagaimana Mengukur Frekuensi Resonansi dengan osiloskop?

Bagi beberapa orang kurva akan tampak seperti itu, bagi yang lain Anda mungkin harus sedikit menyesuaikan. Pastikan probe scope diatur ke 10x karena kita membutuhkan kapasitor decoupling. Juga atur pembagian waktu pada 20us atau kurang dan kemudian kurangi besarnya menjadi kurang dari 1V. Sekarang coba tingkatkan frekuensi sinyal PWM, jika Anda tidak memiliki generator bentuk gelombang maka coba turunkan nilai kapasitor sampai Anda melihat frekuensi resonansi. Setelah Anda mendapatkan frekuensi resonansi, letakkan ruang lingkup dalam urutan tunggal. mode untuk mendapatkan bentuk gelombang yang jelas seperti yang ditunjukkan di atas.

Setelah mendapatkan sinyal kita harus mengukur frekuensi dari sinyal tersebut. Seperti yang Anda lihat, besarnya sinyal menghilang seiring bertambahnya waktu sehingga kami dapat memilih satu siklus lengkap sinyal. Beberapa ruang lingkup mungkin memiliki mode pengukuran untuk melakukan hal yang sama, tetapi di sini saya akan menunjukkan kepada Anda cara menggunakan kursor. Tempatkan garis kursor pertama di awal gelombang sinus dan kursor kedua di akhir gelombang sinus seperti yang ditunjukkan di bawah ini untuk mengukur periode frekuensi. Dalam kasus saya, jangka waktu seperti yang disorot pada gambar di bawah. Ruang lingkup saya juga menampilkan frekuensi tetapi untuk tujuan pembelajaran hanya mempertimbangkan jangka waktu Anda juga dapat menggunakan garis grafik dan nilai pembagian waktu untuk menemukan jangka waktu jika ruang lingkup Anda tidak menampilkannya.

Kami hanya mengukur periode waktu sinyal, untuk mengetahui frekuensi kami cukup menggunakan rumus

F = 1 / T

Jadi dalam kasus kami nilai periode waktu adalah 29.5uS yaitu 29.5 × 10 ^-6. Jadi nilai frekuensinya akan menjadi

F = 1 / (29,5 × 10 ^-6) = 33,8 KHz

Sekarang kita memiliki frekuensi resonansi sebagai 33,8 × 10 ³ Hz dan nilai kapasitor sebagai 0,1uF yaitu 0,1 × 10 ^-6 F menggantikan semua ini dalam rumus yang kita dapatkan

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

Memecahkan untuk L kita dapatkan

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

Jadi, nilai induktor yang tidak diketahui dihitung menjadi 220uH, demikian pula Anda juga dapat menghitung nilai kapasitor dengan menggunakan induktor yang dikenal. Saya juga mencobanya dengan beberapa nilai induktor lain yang diketahui dan tampaknya berfungsi dengan baik. Anda juga dapat menemukan pekerjaan lengkap dalam video terlampir di bawah ini.

Harap Anda memahami artikelnya dan mempelajari sesuatu yang baru. Jika Anda memiliki masalah dalam membuat ini bekerja untuk Anda, tinggalkan pertanyaan Anda di bagian komentar atau gunakan forum untuk bantuan teknis lebih lanjut.