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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 LC-미터 - 멀티미터의 접두어입니다. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
이 기사에서는 인기 있는 83x 시리즈 멀티미터의 기능 확장이라는 주제를 이어갑니다. 셋톱 박스에서 소비되는 전류가 낮기 때문에 멀티미터의 내부 ADC 안정기에서 전원을 공급받을 수 있습니다. 이 어태치먼트를 사용하면 보드에서 분리하지 않고도 코일과 초크의 인덕턴스, 커패시터의 용량을 측정할 수 있습니다. 멀티미터용 측정 장치의 설계는 회로 설계의 차이와 하나 또는 다른 매개변수를 측정하는 방법 외에도 멀티미터의 ADC 전압 안정기를 사용하여 자체 전원에서 또는 전원 없이 작동하는 능력도 다릅니다. 저자는 멀티미터의 ADC 안정기로 구동되는 셋톱박스가 특히 "집 밖에서" 사용하기 더 편리하다고 생각합니다. 필요한 경우 외부 3V 소스(예: 갈바니 전지 XNUMX개)에서 전원을 공급받을 수 있습니다. 물론 수 밀리암페어를 초과해서는 안되는 셋톱 박스에서 소비되는 전류에 대한 의문이 제기되지만 최적의 회로와 함께 최신 구성 요소를 사용하면 이 문제가 해결됩니다. 그러나 전류 소비에 대한 문제는 특히 자율 전원 공급 장치를 갖춘 측정 장비의 경우 항상 관련이 있었고 앞으로도 그럴 것입니다. 자율 소스의 작동 기간이 종종 장치 선택을 결정하는 경우입니다. LC 미터를 개발할 때 전류 소비를 최소화하는 것뿐만 아니라 보드에서 납땜을 제거하지 않고 코일과 초크의 인덕턴스, 커패시터의 커패시턴스를 측정하는 기능에도 중점을 두었습니다. 이러한 측정 장비를 개발할 때 이러한 가능성을 항상 고려해야 합니다. 불행히도 무선 아마추어가 설계 시 이에 주의를 기울이지 않는 사례가 많이 있습니다. 예를 들어 안정적인 전류로 충전하여 커패시터의 커패시턴스를 측정하는 경우 커패시터의 전압이 보드에서 납땜을 제거하지 않고 0,3...0,4V를 초과하는 경우에도 신뢰성 있게 결정하는 것이 불가능한 경우가 많습니다. 용량. LC 미터의 작동 원리는 새로운 것이 아니며[1, 2], 공진 LC 회로에서 측정된 자연 진동 주기의 제곱을 계산하는 데 기반을 두고 있으며, 이는 해당 요소의 매개변수와 관계가 있습니다. 티 = 2π √LC 또는 LC = (T/2π)2. 이 공식에 따르면 측정된 인덕턴스는 회로의 정전용량이 일정한 발진 주기의 제곱과 선형적으로 관련됩니다. 분명히 동일한 선형 의존성은 일정한 인덕턴스에서 측정된 커패시턴스와 관련이 있으며 인덕턴스 또는 커패시턴스를 측정하려면 발진 기간을 편리한 값으로 변환하는 것으로 충분합니다. 위 공식에서 25330x 시리즈 멀티미터의 경우 25,33pF의 일정한 정전 용량 또는 83mH의 인덕턴스에서 최소 측정 분해능은 0,1~0,1μH 및 0 간격에서 200μH 및 0pF라는 것이 분명합니다. 따라서 ...200pF이고 측정된 인덕턴스가 1μH인 발진 주파수는 1MHz와 같습니다. 부착물에는 주파수가 LC 회로에 의해 결정되고 측정 유형에 따라 코일의 입력 소켓에 연결된 인덕턴스 또는 커패시터의 커패시턴스에 의해 결정되는 측정 발전기, 발전기 출력 전압 안정화 장치가 포함되어 있습니다. , 펄스 성형기, 측정 간격을 확장하기 위한 주파수 분배기 및 펄스 반복 주기를 멀티미터로 측정하는 제곱에 비례하는 전압으로 변환합니다. 주요 기술 특성
2~20H 범위 내의 인덕턴스 측정 오류는 코일 자체 커패시턴스, 활성 저항, 자기 회로의 잔류 자화에 따라 달라지며, 2~20μF 범위 내의 커패시턴스는 코일의 활성 저항에 따라 달라집니다. LC 회로의 코일과 측정되는 커패시터의 ESR. 부착 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 1. 스위치 SA1의 "Lx" 위치에서 커패시터 C2이 연결된 소켓 XS1, XS1에 병렬로 연결된 코일의 인덕턴스를 측정하고 "Cx" 위치에서 병렬로 커패시터의 커패시턴스를 측정합니다. 어떤 인덕터 L1이 연결되어 있는지. 트랜지스터 VT2, VTXNUMX는 위에서 언급한 바와 같이 주파수가 LC 회로의 요소에 의해 결정되는 측정 정현파 전압 발생기를 조립하는 데 사용됩니다. 포지티브 피드백(POS)을 적용한 앰프입니다. 증폭기의 첫 번째 단계는 공통 컬렉터(이미터 팔로워)가 있는 회로에 따라 조립되며 입력 저항이 크고 출력이 낮으며 공통 베이스(CB)가 있는 회로에 따라 두 번째 단계는 낮습니다. 입력 및 큰 출력 저항. 따라서 두 번째 출력이 첫 번째 입력으로 닫힐 때 좋은 조정이 이루어집니다. 두 단계 모두 비반전이므로 이 연결은 XNUMX% PIC의 증폭기를 포괄하며 이미터 팔로워의 높은 입력 임피던스와 OB가 있는 출력 단계와 결합하여 생성기가 공진 주파수에서 작동하도록 보장합니다. 넓은 주파수 범위에 걸친 LC 회로.
소켓 XS1, XS2 "Lx, Cx"에 연결된 인덕터 또는 커패시터가 있는 LC 미터의 작동을 고려해 보겠습니다. 발전기 출력의 전압은 VT3 트랜지스터에 조립된 높은 입력 임피던스의 증폭기에 공급되어 발전기 출력 전압 안정화 장치의 정상적인 작동에 필요한 1배 증폭됩니다. 안정화 장치는 다이오드 VD2, VD3, 커패시터 C5, C4 및 트랜지스터 VT100에 조립됩니다. 이는 발전기 출력 전압을 약 XNUMXmV rms의 일정한 수준으로 유지하여 보드에서 요소를 납땜 제거하지 않고 측정을 수행할 수 있으며 이 수준에서 발전기 진동의 안정성도 증가시킵니다. 다이오드 VD1, VD2에 의해 정류되고 커패시터 C5에 의해 평활화된 증폭기의 출력 전압은 트랜지스터 VT4의 베이스에 공급됩니다. 발전기 출력의 전압 진폭이 150mV 미만인 경우 저항 R7을 통해 흐르는 베이스 전류에 의해 이 트랜지스터가 열리고 +3V의 전체 공급 전압이 발전기에 공급됩니다(이 전압은 발전기에 적용되어야 함). 안정적인 스타트업 및 인덕턴스 1...3 µH 측정 시). 측정 중에 발생기의 전압 진폭이 150mV 이상이면 VT4 트랜지스터를 닫는 극성의 전압이 정류기의 출력에 나타납니다. 컬렉터 전류가 감소하여 발전기의 공급 전압이 감소하고 출력 전압의 진폭이 주어진 수준으로 복원됩니다. 그렇지 않으면 반대 과정이 발생합니다. 회로 C3, C4, R6을 통해 트랜지스터 VT8의 증폭기 출력 전압은 이미터 결합이 있는 슈미트 트리거 회로를 사용하여 트랜지스터 VT5 및 VT6에 조립된 펄스 셰이퍼에 공급됩니다. 출력에서는 발생기의 주파수, 짧은 감쇠 시간(약 50ns) 및 공급 전압과 동일한 스윙으로 직사각형 펄스가 형성됩니다. 이 하강 시간은 1진수 카운터 DD3-DD8의 정상적인 작동을 위해 필요합니다. 저항 R1은 저주파에서 슈미트 트리거의 안정적인 작동을 보장합니다. 각 카운터 DD3 - DD10은 신호 주파수를 2으로 나눕니다. 카운터의 출력 신호는 측정 제한 스위치 SAXNUMX로 전송됩니다. 스위치의 이동 접점에서 선택한 측정 한계 "x1", "x10"에 따라 다름2", "x104" 구형파 펄스 신호 Uи (그림 2, a)는 연산 증폭기 DA1.1, 전계 효과 트랜지스터 VT7-VT9 및 커패시터 C8에 조립된 기간 전압 변환기에 공급됩니다. 지속 시간이 0,5T인 다음 신호 펄스가 도착하면 이 시간 동안 트랜지스터 VT7이 닫힙니다. 저항 분배기 R13R14의 전압 (약 2,5V)은 연산 증폭기 DA 1.1의 비반전 입력에 공급됩니다. 이 연산 증폭기와 트랜지스터 VT9를 사용하여 안정적인 전류원(IT)이 조립됩니다. 140μA의 IT 전류는 스위치 SA16의 접점이 닫힌(위치 "x17") 상태에서 저항 R3 및 R1의 병렬 연결에 의해 설정되고 개방 접점(위치 "x14")이 있는 저항 R16에 의해 10배 적은 XNUMXμA로 설정됩니다.
지속 시간이 0,5T인 펄스가 도달하는 순간 트랜지스터 VT8은 미분 회로 C7R15를 통해 5~7μs 동안 열리고 이 시간 동안 커패시터 C8을 방전한 후 닫히고 안정적인 커패시터 C8 충전을 시작합니다. IT의 전류 (그림 2, b). 펄스가 끝나면 트랜지스터 VT7이 열리고 저항 R13이 닫히고 IT 전류는 0,5이 됩니다. 다음 1T 간격 동안 커패시터 C8의 전압 UXNUMX은 변경되지 않고 다음과 같습니다. U1 = 유С8 = IIT1xT/(2xC8) = K1xT, 여기서 K1 = IIT1/(2xC8) - 상수 계수. 이 식에서 충전된 커패시터 C8의 전압은 들어오는 펄스의 주기 T에 비례합니다. 이 경우 2V의 전압은 각 측정 한계에서 측정된 매개변수의 최대값에 해당합니다. 단일 이득을 갖는 연산 증폭기 DA1.2의 버퍼 증폭기 입력은 커패시터에 연결되며, 입력 전류는 무시할 수 있으며(수 피코암페어) 커패시터 C8의 방전(및 충전)에 영향을 미치지 않습니다. 버퍼 증폭기의 출력에서 다음 변환기인 "전압-전류"에서 연산 증폭기 DA2.1로 이동합니다. 이 연산 증폭기와 저항 R18-R21을 사용하여 또 다른 IT(IT2)가 조립됩니다. 이 IT의 전류는 다이어그램에서 저항 R18의 왼쪽 단자에 공급되는 입력 전압과 그 저항에 의해 결정되며, 부호는 어느 저항(이 경우 R18 또는 R20)이 다음과 같이 켜져 있는지에 따라 달라집니다. 입력. IT는 커패시터 C9에 로드됩니다. 0,5T 지속 시간의 입력 펄스가 작동하는 동안 트랜지스터 VT10이 열리고 전압 U2 커패시터 C9의 값은 2과 같습니다(그림 18, c). 펄스가 끝나면 트랜지스터가 닫히고 커패시터는 버퍼 증폭기에서 연산 증폭기 DA1.2까지 저항 R2에 공급되는 전압에서 직류로 충전을 시작합니다. 다이어그램(그림 0,5, c)에서 볼 수 있듯이 커패시터의 전압은 XNUMXT 후에 다음 펄스가 나타날 때까지 톱 형태로 선형적으로 증가합니다. 그것이 나타날 때까지 커패시터 양단의 전압은 값에 도달합니다 U2max = 유С9max = IIT2xT/(2xC9) = UC8xT/(2xR18xC9) = K2xUC8xT = K1xK2xT2, 여기서 K1, 에게2 - 상수 계수; 에게2 = 1/(2xR18xC9). 이 식에서 커패시터 C9의 전압 진폭은 들어오는 펄스 주기의 제곱에 비례합니다. 즉, 측정된 인덕턴스 또는 커패시턴스에 선형적으로 의존합니다. "주기의 제곱"으로의 이러한 변환은 위의 표현 없이도 논리적으로 이해할 수 있습니다. 왜냐하면 커패시터 C9의 전압은 주기와 IT 입력의 전압 모두에 동시에 선형적으로 의존하고, 이는 역시 주기에 선형적으로 의존하기 때문입니다. 이 경우 2V에 해당하는 전압 U2max는 각 측정 한계에서 측정된 매개변수의 최대값에 해당합니다. 연산 증폭기 DA9에 대한 버퍼 증폭기의 입력은 커패시터 C2.2에 연결됩니다. 출력에서 분배기 R22R23에 의해 필요한 수준으로 감소된 톱니파 전압이 멀티미터(커넥터 XP2)의 "VΩmA" 입력에 공급됩니다. ADC 입력(시간 상수 0,1초)에 연결된 멀티미터의 내장 통합 RC 회로와 외부 회로인 R22C12는 일정 기간 동안 톱니 펄스를 평균값으로 평활화합니다. 진폭. 따라서 XP2 "VΩmA" 커넥터의 "톱" 진폭이 0,8V인 경우 멀티미터 ADC 입력의 전압은 200mV이며 이는 200mV 한계에서 DC 전압 측정의 상한에 해당합니다. . 콘솔은 양쪽이 유리섬유 호일로 만들어진 보드에 조립되어 있습니다. 인쇄 회로 기판 도면은 그림 3에 나와 있습니다. 4, 그 위에 있는 요소의 위치는 그림 XNUMX에 나와 있습니다. XNUMX.
인쇄 회로 기판의 사진이 그림 5에 나와 있습니다. 6, 1. 핀 XP2 "NPNC" - 커넥터에 적합합니다. 핀 XP3 "VΩmA" 및 XP1 "COM"은 실패한 멀티미터 테스트 리드에서 나온 것입니다. 입력 소켓 XS2, XS350 - DINKLE의 나사식 터미널 블록 02-021-12-350 시리즈 1. 슬라이드 스위치: SA12 - SS07D2; SA3, SA23 - MSS, MS, IS 시리즈(예: 각각 MSS-19D23(MS-18D22) 및 MSS-18D22(MS-16D1)) 코일 L160은 집에서 만든 것이며 페라이트 2NM0,2, 40NM10 또는 N6( EPCOS). 이 등급의 페라이트는 온도 투자율 계수가 낮습니다. N4,5과 같은 다른 브랜드의 페라이트를 사용하면 온도가 2000...1°C 변할 때 정전용량 측정 오류가 증가합니다. оC.
커패시터 C1, C8 및 C9는 63V 전압용 수입 필름 커패시터입니다(예: WIMA, EPCOS). 커패시터 C8, C9의 커패시턴스 편차는 5%를 넘지 않아야 합니다. 나머지는 표면 장착용입니다: C2, C10, C11 - 크기 0805; C4, C6, C7 - 1206; 산화물 C3, C5, C12 - 탄탈륨 B. 모든 저항기의 크기는 1206입니다. 저항기 R13, R14, R16-R21은 1% 이하의 허용 오차로 사용해야 하며 저항기 R18, R20 및 R19, R21은 다음과 같이 선택해야 합니다. 각 쌍에서 가능한 한 저항이 가까운 멀티미터입니다. 일반적으로 정확도 등급이 10%인 E20 시리즈 저항기 24~XNUMX개로 구성된 스트립 팩을 선택하면 충분합니다. 트랜지스터 VT1 -VT5의 전류 전달 계수는 최소 500, VT6(50~200)이어야 합니다. BSS84 트랜지스터는 IRLML6302, IRLML2402는 FDV303N과 상호 교환 가능합니다. 그렇지 않으면 교체할 때 트랜지스터의 임계 전압은 2V를 넘지 않아야 하고, 개방 채널 저항은 0,5Ω을 넘지 않아야 하며, 입력 커패시턴스는 200pF를 넘지 않아야 한다는 점을 고려해야 합니다. 1V의 드레인-소스 전압. AD8542ARZ 마이크로파워 연산 증폭기는 MSR602 또는 국내 KF1446UD4A와 같이 교체 가능합니다. 결과가 설정된 한계의 2%를 초과하지 않는 경우 측정 오류를 줄이기 위해 10mV 이하의 제로 오프셋 전압으로 후자를 선택하는 것이 좋습니다. 십진수 카운터 74HC4017D 고속 로직은 NXP(PHILIPS)의 4000B 시리즈 - HEF4017B와 유사한 로직으로 교체할 수 있습니다. 다른 회사, 특히 국내 K561IE8의 유사한 미터를 사용해서는 안됩니다. 3V의 공급 전압을 사용하면 측정 발생기의 1MHz 입력 주파수가 이러한 카운터에 비해 너무 높고 입력(50ns)의 펄스 감쇠 시간이 짧습니다. 그들은 그러한 신호를 "느끼지" 못할 수도 있습니다. 공통 와이어로 연결되는 커패시터 C8, C9의 단자는 인쇄 회로 기판의 양쪽에 납땜됩니다. 마찬가지로 스위치 SA3의 단자와 이동 접점 SA2에서 나오는 단자 및 XP1-XP3 플러그가 납땜됩니다. 또한 XP2와 XP3은 먼저 납땜으로 고정한 다음 구멍을 "제자리"에 뚫고 XP1 플러그를 납땜합니다. 주석 도금 와이어 조각은 트랜지스터 VT10 및 저항 R14 소스 근처의 패드 구멍에 삽입되고 양쪽에 납땜됩니다. 미세 회로 DD2, DD3에 설치하기 전에 핀 4를 구부리거나 제거해야 합니다. LC 미터로 작업할 때 멀티미터 작동 유형 스위치는 "200mV" 한계에서 직류 전압을 측정하는 위치로 설정됩니다. 스위치 SA2, SA3의 위치에 해당하는 LC 미터의 측정 한계가 표에 나와 있습니다.
LC 측정기의 교정은 필요한 장비 및 자격의 가용성에 따라 수행됩니다. 가장 간단한 경우에는 정확하게 알려진 인덕턴스를 갖는 코일이 필요하며 그 값은 해당 측정 한계에 가깝고 측정된 커패시턴스를 갖는 동일한 커패시터가 필요합니다. LC 미터의 입력 커패시턴스에서 발생하는 오류를 제거하려면 커패시터의 커패시턴스가 최소 1800pF(예: 1800pF, 0,018μF, 0,18μF)여야 합니다. 셋톱 박스는 먼저 3V 전압의 자율 전원에 연결되고 3mA를 초과하지 않는 전류 소비를 측정한 다음 멀티미터에 연결합니다. 다음으로, SA1 스위치를 "Lx" 위치로 설정하고 인덕턴스가 알려진 코일을 XS1, XS2 "Lx, Cx" 소켓에 연결합니다. 스위치 SA2 및 SA3은 적절한 한계로 설정되고 인덕턴스와 수치적으로 동일한 표시기의 판독값을 얻습니다(표시기 쉼표는 고려되지 않음). 필요한 경우 커패시터 C1과 병렬로 최대 3300의 추가 커패시턴스를 연결합니다. pF. 커패시터 C1, C8, C9에는 표면 장착을 위해 추가 크기 0805의 납땜을 풀기 위한 인쇄 회로 기판에 패드가 있습니다. 작은 한계 내에서 저항 R22 또는 R23의 저항을 변경하여 판독값을 보다 정확하게 조정할 수 있습니다. LC 미터는 커패시턴스를 측정할 때와 동일한 방식으로 교정되지만 표시기의 해당 판독값은 코일 L1의 회전 수를 변경하여 설정됩니다. 셋톱박스의 커패시턴스를 측정할 때는 입력 커패시턴스를 고려해야 하는데, 저자의 샘플에서는 41,1pF입니다. 이 값은 스위치 SA1을 "Cx" 위치로 설정하고 SA2 및 SA3을 "x1" 위치로 설정한 경우 멀티미터 표시기에 표시됩니다. 인쇄 회로 기판의 토폴로지를 변경할 때 커패시터 C8 및 C9의 단자와 트랜지스터 VT9 및 VT10의 단자 사이의 연결은 별도의 도체로 이루어져야 합니다. 셋톱박스는 정현파 및 직사각형 모양의 고정 주파수 생성기로 사용할 수 있습니다. 0,1V 전압의 정현파 신호는 트랜지스터 VT3의 이미 터에서 제거되고 진폭 3V의 직사각형 신호는 스위치 SA2의 이동 접점에서 제거됩니다. 필요한 주파수는 스위치 SA1의 "Cx" 위치에 있는 셋톱박스 입력에 적절한 용량의 커패시터를 연결하여 얻습니다. Sprint Layout 5.0 형식의 PCB 도면은 ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/08/Lc-metr.zip에서 다운로드할 수 있습니다. 문학
저자: S. Glibin
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