LC METER
Induttanzimetro
- Capacimetro
con
"Frequency Shifted Oscillator"
Chiunque
si avvicini al mondo della RadioFrequenza dovra' prima o poi
scontrarsi con un componente misterioso: la bobina;
mentre infatti con un comune tester oramai si puo' misurare di tutto per le bobine si e' costretti a:
1) sborsare un sacco di soldi per un LC meter commerciale
2) arrangiarsi con altri metodi fantasiosi ma lunghi e/o imprecisi
3) abbandonare il progetto e darsi all'ippica.
Nell'ordine, ho provato la 3) e la 2), poi, ad un certo punto, mi sono reso
conto che mi serviva un induttanzimetro , ma di sborsare 500 euro proprio non ne
avevo voglia;
Che fare dunque?
Semplice, ho deciso di costruirmene uno..anzi di piu'.
Ne ho provati vari, non sono ancora approdato al metodo ideale (precisione/praticita'/semplicita')
ma quello che descrivo in questa pagina secondo me e' tra i migliori, anche se non e' a lettura
diretta ed ha lo svantaggio di richiedere dei calcoli aggiuntivi (ma a questo ho
rimediato con un programma in VB).
Misura sia l'induttanza che la capacita'.
Il campo di misura va da pochi NanoHenry a 100 milliHenry per l'induttanza
e 1pF - 500nF per la capacita', con una precisione
che dipende soprattutto dal componente campione;
in ogni caso si sta usando un oscillatore libero con possibili slittamenti di
frequenza e conseguenti piccole imprecisioni sulle letture di pochi
nanoHenry-picoFarad, ma se si ha cura nell'effettuare la calibrazione i
risultati sono garantiti;
Per la misura di capacita', l'ho confrontato con un capacimetro commerciale e la
precisione e' eccezionale;
per esempio:
Valore marcato | Capacimetro commerciale | LC Meter |
10 pF | 9,8 | 9,6 |
15 pF | 14,9 | 14,6 |
100 Pf | 99 | 99,6 |
2,2 nF | 2,22 | 2,22 |
10 nF | 9,96 | 10,11 |
100 nF | 101 | 100,3 |
Per la misura di induttanza non ho ancora potuto fare dei confronti con un altro strumento o induttanze di valore noto ma i risultati sembrano simili.
In realta', disponendo gia' di un capacimetro digitale, ho inizialmente "estremizzato" il
progetto facendolo funzionare solo come induttanzimetro; l'intento era quello di
eliminare componenti induttive-capacitive parassite dovute alle commutazioni a vantaggio della precisione e semplicita'.
Poi pero' non ho constatato sostanziali miglioramenti ed ho fatto un passo
indietro.
L'idea mi e' venuta leggendo un articolo di Giancarlo Moda (I7SWX) ma avevo gia'
visto lo schema in rete (commercializzato dalla AADE); mi sono convinto a costruirlo
perche' tale metodo (chiamato
"frequency shifted oscillator") e' chiaramente descritto su "RF Components and Circuit" edito dalla RSGB;
Fai click qui per vedere lo schema elettrico
Vediamo
dunque il circuito;
Un oscillatore, basato su un LM311 ed un circuito LC oscilla su una certa
frequenza F1 (determinata appunto da L1 e C1, intorno ai 650 Khz);
Faccio distinzione tra due possibili modi di funzionamento, che sono:
1) Modo CX , in cui il componente incognito viene inserito in parallelo al circuito LC esistente (e permette di fare misure sia di capacita' che induttanze) e
2) Modo
LX, in cui si possono misurare solo induttanze da mettere in serie alla L1 del
circuito LC
MODO CX
Inserendo in parallelo una capacita' C2, la frequenza di risonanza si sposta
verso il basso perche' il nuovo valore della capacita' complessiva e' C1+C2;
Conoscendo F1, F2, L1 e C1 si puo' calcolare C2 con delle semplici equazioni
matematiche.
F1 ed F2 sono
note (le misuriamo con un frequenzimetro), L1 e C1 sono note solo dopo la
calibrazione (che va effettuata una sola volta all'inizio ed e' molto semplice).
Basta infatti inserire in parallelo a C1 una capacita' di valore noto;
anche in questo caso la frequenza di oscillazione (F1) si abbassa portandosi
a F2;
F in
Hertz - L in Henry - C in Farad
oppure
F in Khz - L in mH - C in mF
oppure
F in Mhz - L in uH - C in uF
risolvendo le due equazioni si ricavano i valori di C1 ed L1, che comprendono
anche le componenti parassite che quindi non influenzano la lettura;
A questo punto si conoscono tutte le variabili necessarie, basta inserire una
capacita' incognita e misurare la nuova frequenza (F2) e calcolare il valore Cx:
F
in Hertz - L in Henry - C in Farad
oppure
F in Khz - L in mH - C in mF
oppure
F in Mhz - L in uH - C in uF
E' possibile anche effettuare le misure di induttanze incognite mettendole in parallelo a L1; il sistema puo' tornare utile per verifiche;
In questo caso la calibrazione va fatta sempre con una capacita' nota C2 (vale la calibrazione effettuata prima), mentre la formula per calcolare l'induttanza incognita (Lx) e' la seguente:
F in
Hertz - L in Henry - C in Farad
oppure
F in Khz - L in mH - C in mF
oppure
F in Mhz - L in uH - C in uF
MODO LX
Inserendo in serie ad L1 una bobina di valore incognito (L2), la frequenza di
oscillazione si sposta verso il basso (F2) perche' adesso il valore della
induttanza complessiva e' L1+L2 (induttanze in serie si sommano);
Conoscendo F1, F2, L1 e C1 si puo' calcolare L2 con delle semplici equazioni
matematiche.
F1 ed F2 sono note, per conoscere L1 e C1 va effettuata una calibrazione, operazione
simile al modo CX, cambiano solo le formule.
Basta infatti inserire in serie a L1 una Induttanza di valore noto;
anche in questo caso la frequenza di oscillazione (F1) si abbassa portandosi
a F2;
F in
Hertz - L in Henry - C in Farad
oppure
F in Khz - L in mH - C in mF
oppure
F in Mhz - L in uH - C in uF
risolvendo le due equazioni si ricavano i valori di C1 ed L1, che comprendono
anche le componenti parassite che quindi non influenzano la lettura;
A questo punto si conoscono tutte le variabili necessarie, basta inserire una
induttanza incognita e misurare la nuova frequenza (F2) e calcolare il valore
Lx:
F in
Hertz - L in Henry - C in Farad
oppure
F in Khz - L in mH - C in mF
oppure
F in Mhz - L in uH - C in uF
COSTRUZIONE
Ho inserito il tutto in una scatoletta metallica di recupero dalla quale fuoriescono le due
boccole in cui inserire Lx, un bnc a cui va collegato il frequenzimetro, una
presa per l'alimentazione ed il commutatore doppio; ho costruito anche un paio
di ountali con coccodrilli molto corti, da usare solo in caso di necessita.
le dimensioni in tutto sono 8x6x3 cm;
Quello
che serve e' un frequenzimetro (da 1 Mhz) ed una calcolatrice per effettuare i
calcoli;
per evitare fastidiosi calcoli, ho scritto un piccolo programma in Visual Basic
grazie al quale basta semplicemente inserire la frequenza letta sul
frequenzimetro ed altri dati necessari per ottenere i risultati richiesti a
video;
Fai Click qui per scaricare LCMeter.exe
UTILIZZO
Accendere lo strumento e lasciarlo stabilizzare per qualche minuto;
riportare il valore di frequenza di oscillazione (F1);
Effettuare la calibrazione (la calibrazione in modo CX e' piu' comoda perche' e'
piu' facile disporre di condensatori di precisione ma e' possibile effettuarla
anche in modo LX, in ogni caso comunque la si effettui, e' sempre valida in ogni
modo di funzionamento) e riportare il valore di frequenza (F2);
Inserendo i 3 dati (F1, F2 L2 o C2) nel programma (o usando le formule riportate) si
ottengono i valori di L1 e C1 (il circuito LC dell'oscillatore) che servono in seguito per l'uso vero e proprio;
A questo punto lo strumento e ' pronto, basta scegliere il modo di funzionamento
(LX o CX) inserire il componente da misurare sulle boccole e riportare la nuova frequenza nel programma: si
ottiene subito
il valore misurato a video (valore che e' sempre possibile calcolare con una calcolatrice).
Se passando da modo CX a quello LX (con le boccole cortocircuitate da un
brevissimo spezzone di cavo) si nota una frequenza di oscillazione leggermente
diversa, non bisogna preoccuparsi: e' normale; l'importante e' che tale
differenza sia piccola (per esempio, calcolando il valore di Lx con le boccole
cortocircuitate in modo LX ottengo un valore tra -4 e -11 nH);
se c'e' molta differenza, e' meglio rifare i cablaggi rendendoli quanto piu'
corti possibile.
Consiglio di tenere i collegamenti del circuito LC e verso le boccole di
uscita quanto piu' corti e "puliti" possibile;
Consiglio inoltre di effettuare la calibratura piu' volte durante l'uso;
Se e' necessario effettuare misure di "precisione" evitare di usare i
puntali (che devono essere molto corti);
In ogni caso ho previsto nel programma LCMeter la possibilita' di annullare
l'induttanza parassita (stray inductance) dei puntali (ma solo in modo LX);
basta effettuare la calibrazione (senza puntali), poi passare in modo LX,
cortocircuitare i puntali e ricavare il valore di induttanza;
inserire questo valore (in NanoHenry) nel campo "Stray Inductance" ed
il gioco e' fatto; il programma provvedera' automaticamente a sottrarre tale
valore da quello dell'induttore da misurare;
Il
progetto iniziale prevedeva l'uso di un PIC (microcontrollore) opportunamente
programmato per leggere la frequenza, effettuare i calcoli e mostrare su un
display LCD il valore del componente in prova;
Il programma era a buon punto, bisognava solo scrivere le procedure di calcolo e
provarlo ma poi mi e' passata la
voglia (HI);
se a qualcuno puo' interessare, dispongo del codice sorgente e sarei ben lieto
di vedere il progetto terminato.
P.S.
nello schema non c'e' ma ho aggiunto un regolatore di tensione 7808 per avere
una tensione di alimentazione sempre uguale.
Fai click qui per vedere lo schema elettrico
Fai Click qui per scaricare LCMeter.exe
73 de iz7ath, Talino Tribuzio