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MISURARE LE INDUTTANZE

 

016a.jpg

 

Per potere usare questo circuito, che è in grado di misurare induttanze di valore compreso tra 1uH e 10 mH, occorre disporre di un generatore di segnale con livello di uscita variabile, un frequenzimetro (se non è incorporato nel generatore), un tester digitale ed una calcolatrice.

Ci sono diversi metodi più o meno precisi  per misurare il valore di una induttanza, quello che ho scelto io si basa sulla frequenza di taglio di un filtro passa basso costituito dall’induttanza incognita e da una resistenza di valore prestabilito (Fig1).

SCH.bmpFig 1

 

A frequenze al di sotto di quella di taglio il segnale passa inalterato dall’ingresso all’uscita (ai capi di R1), man mano che si aumenta la frequenza del generatore il livello del segnale diminuisce ed al valore di 0.707 volte rispetto a quello presente in ingresso si è raggiunta la frequenza di taglio.

Solo in queste condizioni la formula che lega la frequenza al valore dell’induttanza e a quello della resistenza è la seguente:

L = R1  / (6.28*F);

R1 = resistenza campione

L = induttanza incognita

F = frequenza letta

si capisce che leggendo la frequenza a questo valore di livello si può determinare, con una calcolatrice alla mano, il valore dell’induttanza incognita.

Nel circuito raffigurato in Fig 1 e nella formula però non sono stati presi in considerazione alcuni parametri indesiderati sempre presenti in maniera più o meno consistente in tutte le circuitazioni, in particolare le capacità parassite distribuite un po’ dappertutto mostrano a certe frequenze un’impedenza paragonabile con quella della resistenza campione( se di valore alto) e per altre possono risuonare assieme all’induttanza.

Per minimizzare l’effetto di queste capacità parassite, tra l’altro presenti anche tra le spire della bobina, ho scelto una  frequenza massima di lavoro  di circa 2 MHz, ad essa corrisponde un valore d’induttanza minimo misurabile  di 1 uH ed un valore di resistenza campione da 10 ohm.

Per potere pilotare una resistenza di valore così basso ho dovuto utilizzare l’integrato video (AD8010) che tra le altre cose ha la qualità di mantenere la sua resistenza di uscita ad un valore così basso (0.31 ohm) da potere essere trascurata nel calcolo.

Per lo stadio di uscita ho usato invece l’integrato LM7171 che presenta al suo ingresso una resistenza di 40 Megaohm ed una capacità di circa 2pF entrambi trascurabili nel calcolo.

Rimane il problema della resistenza serie dell’induttanza; per ovviare a questo occorre trasformare la precedente formula nella seguente:

L = (R1 + RL)  / (6.28*F);

dove RL è il valore della resistenza serie della bobina da misurare con un tester, si noti comunque che il suo valore, per la maggior parte delle induttanze di valori compresi tra 1 uH e 10mH, è normalmente trascurabile.

Lo schema è il seguente.

schema.png

Il segnale entra nel connettore BNC1 e viene amplificato due volte da IC1, transita poi nell’induttanza posta tra TP1 e TP2 (dove vanno posti i coccodrilli) e viene quindi amplificato due volte da IC2.

All’uscita di IC2 è presente un diodo ed un condensatore che permette di rilevare il picco del segnale che andrà poi letto dal tester all’uscita sul connettore RCA1.

Sempre all’uscita di IC1 è collegato anche il connettore BNC2 da cui prelevare il segnare amplificato per scopi generali, se lo si desidera.

L’alimentazione dell’insieme è garantita dal convertitore DC DC che fornisce una tensione duale a 5V con 12V al suo ingresso (connettore RCA2).

Come si può notare questo progetto può essere anche usato come un amplificatore video o di segnali a frequenza relativamente alta semplicemente cortocircuitando TP1 con TP2, in più può essere cambiata l’amplificazione agendo su R5, R4 per il primo stadio ed R3, R2 per il secondo, inoltre invertendo IC1 con IC2 si possono pilotare fino a 16 carichi da 150 ohm in questo caso R1 va portata a 75 ohm (LM7171 può pilotare solo due carichi da 150 ohm) cosicché esso si trasforma in un ottimo distributore di segnale.

Se invece sia per il primo che per il secondo stadio si utilizza LM7171 e si alimentano i due integrati a +/- 15V si ottengono notevoli escursioni di livello in uscita, (per far questo occorre sostituire il convertitore DC DC).

 

COME SI EFFETTUA LA MISURA

Munirsi di generatore che fornisca in uscita un segnale fino ad una frequenza di 2MHz; l’oscillatore deve inoltre disporre di una regolazione del livello in uscita che deve  raggiungere almeno il valore di 1.5Vpp, se non riesce a fornite tale livello va aumentata l’amplificazione sul primo o sul secondo stadio.

Collegate il generatore al connettore BNC1 ed il tester commutato in DC sul connettore RCA1.

Inserite tra i coccodrilli l’induttanza incognita e alimentate il tutto.

Adesso abbassate la frequenza tenendo sotto controllo il valore di continua visualizzata sul tester e fermatevi quando non notate variazioni di essa.

Regolate il livello del segnale dal generatore fino a leggere sul tester il valore di 2VDC.

Adesso aumentate la frequenza fino a leggere  sullo strumento il valore di 1.41VDC.

A questo punto leggete la frequenza e tramite la formula ricavate il valore dell’induttanza incognita.

 

 

017a.jpg

 

TEST DEL CIRCUITO

Per poter testare il circuito ho misurato con esso  una certa quantità di induttanze con tolleranza del +/- 20%, i risultati sono raccolti nella seguente tabella.

INDUTTANZA NOMINALE IN uH

INDUTTANZA MISURATA IN uH

1

1.1

2.2

2.6

3.3

3.6

6.8

7.2

10

9.1

27

26.4

33

36

47

50

56

60

68

62

82

78

100

96

120

125

150

160

180

170

330

335

560

570

680

685

820

830

1000

1250

 

 

Tutti i file necessari alla realizzazione (La scheda ha le seguenti dimensioni 97.8 mm X 56.9 mm e il disegno ha una risoluzione pari a 600 d.p.i., ricordarsi di effettuare i ponticelli (in rosso) sul lato componenti).

Fabio

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