Como medir um capacitor ou indutor com um reprodutor de mp3: 9 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Aqui está uma técnica simples que pode ser usada para medir com precisão a capacitância e a indutância de um capacitor e indutor sem equipamentos caros. A técnica de medição é baseada em uma ponte balanceada e pode ser construída facilmente com resistores baratos. Esta técnica de medição mede mais do que apenas o valor da capacitância, mas também a resistência efetiva em série do capacitor ao mesmo tempo.

Componentes necessários:

1. Poucos resistores variáveis

2. Um MP3 player

3. Um multímetro

4. Uma calculadora para calcular o valor

Etapa 1: Um pouco de teoria de fundo

Como uma introdução ao projeto, vamos pegar o que é uma ponte LCR e o que é necessário para fazer

1. Se você deseja apenas fazer uma ponte LCR, pule essas etapas.

Para entender o funcionamento de uma ponte LCR, é necessário falar sobre como um capacitor, um resistor e um indutor se comportam em um circuito CA. É hora de tirar a poeira de seu livro ECE101. O resistor é o elemento mais fácil de entender fora do grupo. Um resistor perfeito se comporta da mesma forma quando uma corrente DC passa pelo resistor e quando uma corrente AC passa por ele. Ele fornece resistência ao fluxo de corrente, embora, assim, dissipe energia ao fazê-lo. A relação simples entre a corrente, tensão e resistência é:

R = I / V

Por outro lado, um capacitor perfeito é um dispositivo de armazenamento de energia pura. Não dissipa as energias que passam por ele. Em vez disso, como uma tensão CA é aplicada a um terminal do capacitor, o fluxo de corrente através do capacitor é a corrente necessária para adicionar e remover chage do capacitor. Como resultado, a corrente que flui através do capacitor está fora de fase quando comparada à sua tensão terminal. Na verdade, ele está sempre 90 graus à frente da tensão em seu terminal. A maneira simples de representar isso é o uso de um número imaginário (j):

V (-j) (1 / C) = I

Semelhante ao capacitor, o indutor é um dispositivo de armazenamento de energia pura. Como um elogio exato ao capacitor, o indutor usa o campo magnético para manter a corrente passando pelo indutor, ajustando sua tensão terminal ao fazer isso. Portanto, a corrente que flui pelo indutor está 90 graus à frente da tensão do terminal. A equação que representa a relação de tensão e corrente em seu terminal é:

V (j) (L) = I

Etapa 2: mais teoria

Como um resumo, podemos desenhar a corrente do resistor (Ir), a corrente do indutor (Ii) e a corrente do capacitor (Ic), todas no mesmo diagrama vetorial, mostrado aqui.

Etapa 3: mais teoria

Em um mundo perfeito com capacitores e indutores perfeitos, você obtém um dispositivo de armazenamento de energia pura.

No entanto, em um mundo real, nada é perfeito. Uma das principais qualidades do dispositivo de armazenamento de energia, pode ser um capacitor, uma bateria ou um dispositivo de armazenamento de bomba, é a eficiência do dispositivo de armazenamento. Alguma quantidade de energia é sempre perdida durante o processo. Em um capacitor ou indutor, é a resistência paracídica do dispositivo. Em um capacitor, é chamado de fator de dissipação, e em um indutor, é chamado de fator de qualidade. Uma maneira rápida de modelar essa perda é adicionar uma resistência em série em série de um capacitor ou indutor perfeito. Assim, um capacitor real parece mais um resistor perfeito e um capacitor perfeito em série.

Etapa 4: a ponte de Wheatstone

Há um total de quatro elementos resistivos em uma ponte. Há também uma fonte de sinal e um

metro no centro da ponte. O elemento que temos controle são os elementos resistivos. A principal função da ponte resistiva é combinar as resistências na ponte. Quando uma ponte é balanceada, o que indica que o resistor R11 corresponde a R12 e R21 corresponde a R22, a saída no medidor no centro vai para zero. Isso ocorre porque a corrente que flui através de R11 flui para fora de R12 e a corrente flui através de R21 flui para fora de R22. A tensão entre o lado esquerdo do medidor e o lado direito do medidor será então idêntica.

A beleza da ponte é a impedância da fonte do sinal e a linearidade do medidor não afeta a medição. Mesmo se você tiver um medidor barato que consome muita corrente para fazer a medição (digamos, um medidor analógico de agulha antigo), ele ainda faz um bom trabalho aqui, contanto que seja sensível o suficiente para lhe dizer quando não há corrente fluindo pelo medidor. Se a fonte do sinal tiver impedância de saída substancial, a queda na tensão de saída causada pela corrente que passa pela ponte tem o mesmo efeito no lado esquerdo da ponte que no lado direito da ponte. O resultado líquido se anula e a ponte ainda pode corresponder à resistência com um grau notável de precisão.

O leitor atento pode notar que a ponte também se equilibrará se R11 for igual a R21 e R12 for igual a R22. Este é o caso que não consideraremos aqui, portanto, não o discutiremos mais.

Etapa 5: Que tal um elemento reativo em vez de resistores?

Neste exemplo, a ponte será equilibrada assim que Z11 corresponder a Z12. Mantendo o design simples, o

lado direito da ponte foi feito com resistores. Um novo requisito é que a fonte do sinal deve ser uma fonte CA. O medidor em uso também deve ser capaz de detectar corrente CA. Z11 e Z12 podem ser qualquer fonte de impedância, capacitor, indutor, resistor ou combinação dos três.

Até agora tudo bem. Se você tiver uma bolsa de capacitores e indutores perfeitamente calibrados, seria possível usar a ponte para descobrir o valor do dispositivo desconhecido. No entanto, isso seria realmente demorado e caro. Uma solução melhor do que encontrar uma maneira de simular o dispositivo de referência perfeito com algum truque. É aqui que o MP3 player entra em cena.

Lembra que a corrente fluindo através de um capacitor está sempre 90 graus à frente de sua tensão terminal? Agora, se pudermos fixar a tensão terminal do dispositivo em teste, seria possível aplicarmos uma corrente de 90 graus à frente e simular o efeito de um capacitor. Para fazer isso, primeiro temos que criar um arquivo de áudio que contém duas ondas senoidais com uma diferença de fase de 90 graus entre as duas ondas.

Etapa 6: Colocando o que sabemos em uma ponte

Fazendo o upload deste arquivo wave no MP3 player ou reproduzindo-o diretamente do PC, os canais esquerdo e direito produzem as duas ondas senoidais com a mesma amplitude. A partir deste ponto, vou usar o capacitor como exemplo por uma questão de simplicidade. No entanto, o mesmo princípio também se aplica a indutores, exceto que o sinal excitado precisa estar 90 graus atrasado.

Vamos primeiro redesenhar a ponte com o dispositivo em teste representado por um capacitor perfeito em série com um resistor perfeito. A fonte do sinal também é dividida em dois sinais, com uma fase do sinal deslocada em 90 graus em relação ao outro sinal.

Agora, aqui está a parte assustadora. Temos que mergulhar na matemática que descreve o funcionamento desse circuito. Primeiro, vamos olhar para a tensão no lado direito do medidor. Para tornar o projeto simples, é melhor selecionar o resistor no lado direito para ser igual, de modo que Rm = Rm e a tensão em Vmr seja a metade do Vref.

Vmr = Vref / 2

A seguir, quando a ponte estiver equilibrada, a tensão à esquerda do medidor e à direita do medidor serão exatamente iguais, e a fase também será exatamente igual. Portanto, Vml também é metade de Vref. Com isso, podemos escrever:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Vamos agora tentar escrever a corrente fluindo através de R90 e R0:

Ir0 = (Vref / 2) x (1 / Ro)

Ir90 = (Vz - (Vref / 2)) / (R90)

Além disso, a corrente fluindo através do dispositivo em teste é:

Ic = Ir0 + Ir90

Agora, suponha que o dispositivo em teste é um capacitor e queremos que Vz conduza Vref em 90 graus, e para

Para simplificar o cálculo, podemos normalizar a tensão de Vz e Vref para 1V. Podemos então dizer:

Vz = j, Vref = 1

Ir0 = Vref / (2 x Ro) = Ro / 2

Ir90 = (j - 0,5) / (R90)

Todos juntos:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

-j Xc + Rc = (0,5 / Ic)

Onde Xc é a impedância da capacitância perfeita Cc.

Assim, balanceando a ponte e descobrindo o valor de R0 e R90, é simples calcular a corrente total através do dispositivo em teste Ic. Usando a equação final a que chegamos, podemos calcular a impedância da capacitância perfeita e a resistência em série. Conhecendo a impedância do capacitor e a frequência do sinal aplicado, é fácil descobrir a capacitância do dispositivo em teste:

Xc = 1 / (2 x π F C)

Etapa 7: Etapa na Medição do Valor do Capacitor ou Indutor

1. Reproduza o arquivo wave usando um PC ou MP3 player.

2. Conecte a saída do MP3 player conforme o diagrama de fiação mostrado acima, troque a conexão para o canal esquerdo e direito se você estiver medindo o indutor.

3. Conecte o multímetro e defina a medição na tensão CA.

4. Reproduza o clipe de áudio e ajuste o trim pot até que a leitura da tensão caia ao mínimo. Quanto mais próximo de zero, mais precisa será a medição.

5. Desconecte o dispositivo em teste (DUT) e o MP3 player.

6. Mova o cabo do multímetro para R90 e defina a medição de resistência. Meça o valor. 7. Faça o mesmo para R0.

8. Calcule manualmente o valor do capacitor / indutor ou use o script Octave / Matlab fornecido para resolver o valor.

Etapa 8: uma tabela de resistência aproximada necessária para o resistor variável para equilibrar a ponte

Etapa 9: Obrigado

Obrigado por ler este instrutível. Esta foi a transcrição de uma página da web que escrevi em 2009