Comment mesurer la valeur de l'inductance ou du condensateur à l'aide d'un oscilloscope - Méthode de la fréquence de résonance

Les résistances, inductances et condensateurs sont les composants passifs les plus couramment utilisés dans presque tous les circuits électroniques. Sur ces trois, la valeur des résistances et des condensateurs est généralement marquée par-dessus soit comme code de couleur de résistance, soit comme marquage numérique. La résistance et la capacité peuvent également être mesurées à l'aide d'un multimètre normal. Mais la plupart des inducteurs, en particulier ceux à noyau de ferrite et à noyau d'air, pour une raison quelconque, ne semblent pas avoir de marquage. Cela devient assez ennuyeux lorsque vous devez sélectionner la bonne valeur d'inductance pour la conception de votre circuit ou en avoir récupéré un sur un vieux circuit imprimé électronique et que vous vouliez en connaître la valeur.

Une solution directe à ce problème consiste à utiliser un compteur LCR qui pourrait mesurer la valeur de l'inducteur, du condensateur ou de la résistance et l'afficher directement. Mais tout le monde n'a pas de compteur LCR à portée de main, alors cet article nous permet d'apprendre à utiliser un oscilloscope pour mesurer la valeur de l'inductance ou du condensateur à l' aide d'un circuit simple et de calculs faciles. Bien sûr, si vous avez besoin d'un moyen plus rapide et plus robuste de le faire, vous pouvez également créer votre propre compteur LC qui utilise la même technique avec un MCU supplémentaire pour lire la valeur affichée.

Matériaux nécessaires

• Oscilloscope
• Générateur de signaux ou simple signal PWM d'Arduino ou d'un autre MCU
• Diode
• Condensateur connu (0,1 uf, 0,01 uf, 1 uf)
• Résistance (560 ohm)
• Calculatrice

Pour mesurer la valeur d'une inductance ou d'un condensateur inconnu, nous devons construire un circuit simple appelé circuit de réservoir. Ce circuit peut également être appelé circuit LC ou circuit résonnant ou circuit accordé. Un circuit de réservoir est un circuit dans lequel nous aurons une inductance et un condensateur connectés en parallèle l'un à l'autre et lorsque le circuit est alimenté, la tension et le courant à travers lui résonnent à une fréquence appelée fréquence de résonance. Comprenons comment cela se passe avant d'aller de l'avant.

Comment fonctionne un circuit de réservoir?

Comme indiqué précédemment, un circuit de réservoir typique se compose simplement d'un inducteur et d'un condensateur connectés en parallèle. Le condensateur est un dispositif composé de seulement deux plaques parallèles qui est capable de stocker de l'énergie dans un champ électrique et un inducteur est une bobine blessée sur un matériau magnétique qui est également capable de stocker de l'énergie dans un champ magnétique.

Lorsque le circuit est alimenté, le condensateur se charge, puis lorsque l'alimentation est coupée, le condensateur décharge son énergie dans l'inducteur. Au moment où le condensateur draine son énergie dans l'inducteur, l'inducteur se charge et utilise son énergie pour repousser le courant dans le condensateur dans une polarité opposée afin que le condensateur se recharge à nouveau. N'oubliez pas que les inducteurs et les condensateurs changent de polarité lorsqu'ils se chargent et se déchargent. De cette façon, la tension et le courant oscillent dans les deux sens créant une résonance comme le montre l'image GIF ci-dessus.

Mais cela ne peut pas arriver éternellement car, chaque fois que le condensateur ou l'inducteur se charge et décharge, une certaine énergie (tension) est perdue en raison de la résistance du fil ou de l'énergie magnétique et lentement la magnitude de la fréquence de résonance disparaîtrait comme indiqué ci-dessous forme d'onde.

Une fois que nous obtenons ce signal sur notre oscilloscope, nous pouvons mesurer la fréquence de ce signal qui n'est rien d'autre que la fréquence de résonance, puis nous pouvons utiliser les formules ci-dessous pour calculer la valeur de l'inductance ou du condensateur.

FR = 1 / / 2π √LC

Dans les formules ci-dessus, F _R est la fréquence de résonance, puis si nous connaissons la valeur du condensateur, nous pouvons calculer la valeur de l'inductance et de même, nous connaissons la valeur de l'inductance, nous pouvons calculer la valeur du condensateur.

Configuration pour mesurer l'inductance et la capacité

Assez de théorie, maintenant construisons le circuit sur une maquette. Ici, j'ai un inducteur dont je devrais connaître la valeur en utilisant une valeur connue d'inductance. La configuration du circuit que j'utilise ici est indiquée ci-dessous

Le condensateur C1 et l'inductance L1 forment le circuit de réservoir, la diode D1 est utilisée pour empêcher le courant de rentrer dans la source de signal PWM et la résistance 560 ohms est utilisée pour limiter le courant à travers le circuit. Ici, j'ai utilisé mon Arduino pour générer une forme d' onde PWM avec une fréquence variable, vous pouvez utiliser un générateur de fonctions si vous en avez un ou simplement utiliser n'importe quel signal PWM. L'oscilloscope est connecté à travers le circuit du réservoir. Ma configuration matérielle ressemblait à celle ci-dessous une fois le circuit terminé. Vous pouvez également voir mon inducteur à noyau torride inconnu ici

Mettez maintenant le circuit sous tension en utilisant le signal PWM et observez un signal de résonance sur l'oscilloscope. Vous pouvez essayer de changer la valeur du condensateur si vous n'obtenez pas un signal de fréquence de résonance clair, généralement un condensateur de 0,1 uF devrait fonctionner pour la plupart des inducteurs, mais vous pouvez également essayer avec des valeurs inférieures comme 0,01 uF. Une fois que vous avez obtenu la fréquence de résonance, elle devrait ressembler à ceci.

Comment mesurer la fréquence de résonance avec un oscilloscope?

Pour certaines personnes, la courbe apparaîtra comme telle, pour d'autres, vous devrez peut-être ajuster un peu. Assurez-vous que la sonde de l'oscilloscope est réglée sur 10x car nous avons besoin du condensateur de découplage. Réglez également la division temporelle à 20us ou moins, puis diminuez l'amplitude à moins de 1V. Essayez maintenant d'augmenter la fréquence du signal PWM, si vous n'avez pas de générateur de forme d'onde, essayez de diminuer la valeur du condensateur jusqu'à ce que vous remarquiez la fréquence de résonance. Une fois que vous avez obtenu la fréquence de résonance, placez l'oscilloscope en une seule séquence. mode pour obtenir une forme d'onde claire comme celle illustrée ci-dessus.

Après avoir reçu le signal, nous devons mesurer la fréquence de ce signal. Comme vous pouvez le voir, l'amplitude du signal diminue à mesure que le temps augmente, nous pouvons donc sélectionner n'importe quel cycle complet du signal. Certains oscilloscopes peuvent avoir un mode de mesure pour faire de même, mais ici je vais vous montrer comment utiliser le curseur. Placez la première ligne de curseur sur le début de l'onde sinusoïdale et le deuxième curseur sur la fin de l'onde sinusoïdale comme indiqué ci-dessous pour mesurer la période de la fréquence. Dans mon cas, la période était celle mise en évidence dans l'image ci-dessous. Mon champ d'application affiche également la fréquence, mais à des fins d'apprentissage, tenez simplement compte de la période de temps, vous pouvez également utiliser les lignes du graphique et la valeur de division du temps pour trouver la période si votre oscilloscope ne l'affiche pas.

Nous n'avons mesuré que la période de temps du signal, pour connaître la fréquence nous pouvons simplement utiliser les formules

F = 1 / T

Donc, dans notre cas, la valeur de la période de temps est de 29,5 uS, soit 29,5 × 10 ^-6. Ainsi, la valeur de la fréquence sera

F = 1 / (29,5 × 10 ^-6) = 33,8 KHz

Maintenant, nous avons la fréquence de résonance de 33,8 × 10 ³ Hz et la valeur du condensateur de 0,1 uF qui est de 0,1 × 10 ^-6 F en remplaçant tout cela dans les formules que nous obtenons

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

Résoudre pour L nous obtenons

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

Ainsi, la valeur de l'inductance inconnue est calculée à 220uH, de même, vous pouvez également calculer la valeur du condensateur en utilisant une inductance connue. Je l'ai également essayé avec quelques autres valeurs d'inductance connues et elles semblent fonctionner très bien. Vous pouvez également trouver le travail complet dans la vidéo ci-dessous.

J'espère que vous avez compris l'article et appris quelque chose de nouveau. Si vous rencontrez un problème pour que cela fonctionne pour vous, laissez vos questions dans la section des commentaires ou utilisez le forum pour obtenir une aide plus technique.