抵抗器、インダクター、コンデンサーは、ほとんどすべての電子回路で最も一般的に使用されている受動部品です。これらの3つのうち、抵抗とコンデンサの値は通常、抵抗のカラーコードまたは数値のマーキングとしてその上にマークされています。また、抵抗と静電容量は通常のマルチメータを使用して測定することもできます。しかし、ほとんどのインダクタ、特にフェライトコアと空芯のインダクタには、何らかの理由でマーキングがないようです。これは、回路設計に適切なインダクタの値を選択する必要がある場合、または古い電子PCBからインダクタを回収してその値を知りたい場合に、非常に煩わしくなります。
この問題の直接的な解決策は、インダクタ、コンデンサ、または抵抗の値を測定して直接表示できるLCRメータを使用することです。しかし、誰もがLCRメータを手元に置いているわけではないので、この記事では、簡単な回路と簡単な計算を使用して、オシロスコープを使用してインダクタまたはコンデンサの値を測定する方法を学びます。もちろん、より迅速で堅牢な方法が必要な場合は、同じ手法と追加のMCUを使用してディスプレイの値を読み取る独自のLCメータを作成することもできます。
必要な材料
- オシロスコープ
- Arduinoまたは他のMCUからの信号発生器または単純なPWM信号
- ダイオード
- 既知のコンデンサ（0.1uf、0.01uf、1uf）
- 抵抗器（560オーム）
- 電卓
未知のインダクタまたはコンデンサの値を測定するには、タンク回路と呼ばれる単純な回路を構築する必要があります。この回路は、LC回路または共振回路または調整回路とも呼ばれます。タンク回路は、インダクターとコンデンサーが互いに並列に接続されている回路であり、回路に電力が供給されると、回路の両端の電圧と電流が共振周波数と呼ばれる周波数で共振します。先に進む前に、これがどのように発生するかを理解しましょう。
タンク回路はどのように機能しますか？
前に述べたように、典型的なタンク回路は、並列に接続されたインダクタとコンデンサで構成されています。コンデンサは、電界にエネルギーを蓄えることができる2つの平行なプレートだけで構成されるデバイスであり、インダクタは、磁界にエネルギーを蓄えることもできる磁性材料に巻かれたコイルです。
回路に電力が供給されるとコンデンサが充電され、電力が除去されるとコンデンサはそのエネルギーをインダクタに放電します。コンデンサがそのエネルギーをインダクタに排出するまでに、インダクタは充電され、そのエネルギーを使用して電流を反対の極性でコンデンサに押し戻し、コンデンサが再び充電されるようにします。インダクタとコンデンサは、充電および放電すると極性が変わることに注意してください。このようにして、電圧と電流が前後に揺れ、上のGIF画像に示すように共振が発生します。
しかし、これは永遠に起こることはありません。なぜなら、コンデンサまたはインダクタが充電および放電するたびに、ワイヤの抵抗または磁気エネルギーによってエネルギー（電圧）が失われ、以下に示すように共振周波数の大きさが徐々に消えていくからです。波形。
スコープでこの信号を取得したら、共振周波数に他ならないこの信号の周波数を測定できます。次に、次の式を使用して、インダクタまたはコンデンサの値を計算できます。
FR = 1 //2π√LC
上記の式では、F Rは共振周波数であり、コンデンサの値がわかればインダクタの値を計算でき、同様にインダクタの値がわかればコンデンサの値を計算できます。
インダクタンスと静電容量を測定するためのセットアップ
十分な理論があります。それでは、ブレッドボード上に回路を構築しましょう。ここに、インダクタの既知の値を使用してその値を見つける必要があるインダクタがあります。ここで使用している回路設定を以下に示します。
コンデンサC1とインダクタL1はタンク回路を形成し、ダイオードD1は電流がPWM信号源に戻るのを防ぐために使用され、抵抗560オームは回路を流れる電流を制限するために使用されます。ここでは、Arduinoを使用して可変周波数のPWM波形を生成しました。関数発生器がある場合はそれを使用するか、PWM信号を使用することができます。スコープはタンク回路に接続されています。私のハードウェアのセットアップは、以下のように見えた回路が完了した後。私の未知のトリッドコアインダクタもここで見ることができます
次に、PWM信号を使用して回路の電源を入れ、スコープの共振信号を観察します。明確な共振周波数信号が得られない場合は、コンデンサの値を変更してみてください。通常、0.1uFのコンデンサはほとんどのインダクタで機能しますが、0.01uFなどの低い値で試すこともできます。共振周波数を取得すると、次のようになります。
オシロスコープで共振周波数を測定する方法は？
一部の人にとっては曲線がそのように表示されますが、他の人にとっては少し調整する必要があるかもしれません。デカップリングコンデンサが必要なので、スコーププローブが10倍に設定されていることを確認してください。また、時分割を20us以下に設定し、振幅を1V未満に減らします。ここで、PWM信号の周波数を上げてみてください。波形発生器がない場合は、共振周波数に気付くまでコンデンサの値を下げてみてください。共振周波数を取得したら、スコープを単一のシーケンスに入れます。上記のような明確な波形を取得するモード。
信号を取得した後、この信号の周波数を測定する必要があります。ご覧のとおり、信号の大きさは時間の経過とともに消滅するため、信号の任意の1つの完全なサイクルを選択できます。一部のスコープには同じことを行うための測定モードがある場合がありますが、ここではカーソルの使用方法を示します。以下に示すように、最初のカーソル線を正弦波の始点に置き、2番目のカーソルを正弦波の終点に置いて周波数の周期を測定します。私の場合、期間は下の写真で強調表示されているとおりでした。私のスコープにも頻度が表示されますが、学習目的で期間を検討するだけで、スコープに表示されない場合は、グラフの線と時分割値を使用して期間を見つけることもできます。
信号の期間のみを測定しました。周波数を知るために、式を使用するだけです。
F = 1 / T
したがって、この場合、期間の値は29.5uSであり、29.5× 10-6です。したがって、頻度の値は次のようになります。
F = 1 /（29.5×10 -6）= 33.8キロヘルツ
これで、共振周波数は33.8×10 3 Hzになり、コンデンサの値は0.1uFになります。これは、0.1×10 -6 Fであり、これらすべてを次の式に代入します。
FR = 1 /2π√LC 33.8×10 3 = 1 /2π√L（0.1×10 -6）
Lを解くと
L =（1 /（2πX 33.8×10 3）2 / 0.1×10 -6 = 2.219×10 -4 = 221×10 -6 L〜= 220 UH
したがって、未知のインダクタの値は220uHと計算されます。同様に、既知のインダクタを使用してコンデンサの値を計算することもできます。また、他のいくつかの既知のインダクタ値で試してみましたが、問題なく動作しているようです。完全な作業は、以下に添付されているビデオでも確認できます。
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