Радиолюбительский rlc измеритель мостовым методом. LIMP Arta Software — программный измеритель RCL. Особенности измерений, или чтобы не попасть впростак

Продолжу описание программы LIMP из пакета фирмы Arta Software . С ее помощью можно определять номиналы сопротивлений, индуктивностей, емкостей. Для этого достаточно компьютера, бесплатной программы и аппаратной части из одного резистора и нескольких шнуров.

Конечно, этот измеритель не может заменить специализированные приборы ни по удобству, ни по точности измерений, но покупать дорогостоящий прибор ради нескольких измерений не всегда целесообразно. Предлагаемый инструмент чисто радиолюбительский - измерения медленные и требуют определенной работы мозга и рук, зато бесплатно и своими руками.

Аппаратная часть

Из деталей надо 2 разъема 3,5 мм для звуковой карты с экранированными проводами, резистор примерно 100 Ом, переключатель с одной группой контактов (или аналог. кнопка) любой, два крокодила или зажима.

Мне самому было интересно покопаться. ARTA пишет, что для точности желательно, чтобы Z было менее 100 Ом, гораздо меньше, чем входное сопротивление звуковой карты (якобы оно примерно 20 кОм). Думаю, что очень низкое Z при измерении очень больших емкостей, тоже ухудшает точность, но на практике мало интересно - емкость 20000 мкФ или 22000 мкФ, важнее знать, что эта емкость есть, не высохла, а если есть нужда в подборе одинаковых емкостей, то абсолютное значение тоже не так важно. Еще раз напоминаю - смотрите результат при фазе для конденсаторов около -90, а индуктивностей +90. Кстати, у конденсаторов с плохой термозависимостью видно как изменяется Z от тепла пальцев.

Можно проверить древние емкости из запасов (ESR не видно, а жаль), падение емкости из-за высыхания или обрыва, видно сразу.
Нет слов, специальные приборы в 1000 раз лучше, но они денег стоят и место занимают.

Измерения сопротивлений

Сначала я даже хотел опустить этот пункт - дешевые цифровые китайские тестеры есть у всех, но подумав, нашел случаи, когда данный метод может быть полезен.
Это измерение малых сопротивлений - до 0,1 Ом включительно. Сначала надо откалибровать прибор и замкнуть его щупы. С длинным шнуром у меня получилось 0,24 Ом. Эту величину будем вычитать из всех измерений низкоомных резисторов. У меня есть горсть резисторов С5-16МВ-5 на 3,9 Ом с точностью 1%.

Все проверенные резисторы дали такой результат. 4,14 – 0,24 = 3,9
Для проверки была измерена горсть других низкоомных резисторов, без замечаний. Самым низкоомным был на 0,51 Ом +- 5%. Измеренное значение 0,5 Ом. К сожалению, не смог найти в своих запасах 0,1 Ом, но я уверен, что и с ними не было бы проблем, нужны только зажимы с хорошими контактами.
Кроме измерения сопротивления низкоомных резисторов, интерес, особенно для фильтров акустических систем, представляет их индуктивность. Они же проволочные, намотаны в катушку. Насколько же существенна их индуктивность? Я проверял в основном низкоомные (до 20 Ом) резисторы (в акустику и усилители высокоомные не ставят) типов С5-16МВ, С5-37В, С5-47В, ПЭВР-25, С5-35В. Их индуктивность была в диапазоне 2…6 микроГенри. При измерениях резисторов в сотни Ом, их индуктивность была на порядок выше.

Измерения индуктивностей

Плавно переходим к индуктивностям. У меня сейчас нет точных индуктивностей, поэтому я просто проверил качественную, но не количественную работоспособность метода.

Это измерения дросселя ДМ-0,1 на 30 мкГн, получилось правдоподобно.

Вот дроссель из импульсного блока питания. Тоже похоже на правду. За точность не ручаюсь - здесь есть место для исследований.

Измерения емкостей

Самая интересная часть, есть непонятное, но результаты очень интересные. Диапазон измерений от 0,1 мкФ до 100 000 мкФ. Точность - несколько процентов. Более-менее терпимые результаты получаются от 0,01 мкФ, но измерения на низких частотах длинным шнуром с большой емкостью, малоцелесообразны. Я исходил из того, что интерес представляют емкости порядка долей-единиц мкФ для фильтров акустических систем и регуляторов тембра, разделительных конденсаторов УНЧ. Была надежда увидеть ESR (не оправдалась). Поскольку прецизионных емкостей я у себя не нашел, пришлось использовать статистический метод и здравый смысл. Сначала я сделал и хотел представить большую таблицу, но потом очевидная истина дошла и до меня, для вас только результаты.

Это конденсатор 0,15 MKP X2. На какой частоте измерять? Arta освещает это невнятно. Говорят, что надо измерять при импедансе менее 100 Ом (одна клетка на графике слева 800 Ом)…
На 200 Гц получается 0,18 мкФ, на 20 кГц - 0,1 мкФ. Из основ электротехники известно, что ток в емкости опережает напряжение (-90 град), в индуктивности - наоборот (+90 град), поэтому руководствуемся серой кривой и числом сдвига фазы справа. Лучше, если сдвиг будет близок к 90 град. К сожалению, из-за ограниченного частотного диапазона, это не всегда получается, кроме того, нередко около 20 кГц сдвиг фазы уменьшается, не будем лезть в эту область!

Вот и пример. Это неполярный оксидный конденсатор 2,2 мкФ на 15 В. Есть сильное подозрение в его низком качестве и непригодности для аудиофилов. У неэлектролитических конденсаторов на большее напряжение фазовый график другой. Здесь же наиболее достоверные результаты в области 0,5…1 кГц.

Конденсатор 1 мкФ К10-47В на 50 В ТКЕ Н30. Достоверный и стабильный результат в диапазоне частот 1…20 кГц при фазовом сдвиге 85…90 град.
Любопытство потянуло меня посмотреть: а что будет, если измерять оксидные (электролитические) конденсаторы? Оказалось, что измерять можно! Результат абсолютно не зависит от полярности подключения, я измерил даже 4 банки по 10 000 мкФ соединенные параллельно и получил достоверный результат. О достоверности я могу судить потому, что до этого измерил десятки конденсаторов от 1 до 15 000 мкФ.

Получилось 44 миллиФарады. Обратите внимание на фазовую характеристику в области нескольких кГц, она приобретает характер индуктивности. Что это - несовершенство инструмента или действительно на таких частотах емкость обкладок работает хуже, а индуктивность рулона обмотки говорит все громче? Параллельное подключение небольшой пленочной емкости на график не повлияло.
В силу того, что загрузка графики в пост ограничена, я привожу минимум примеров, поэтому просто повторю, что измерять надо при максимально «правильной» фазе (при переходе через 0 вы из емкости получите «индуктивность» и наоборот).

Бывает и такое. Это одна из старых выпаянных оксидных емкостей. Явно, ей место на свалке. Представляете, что такая емкость сделает со звуком?!
Можно попасть и в такую ловушку.

08.10.2014
Стереофонический регулятор громкости, баланса и тембра на ТСА5550 имеет следующие параметры: Малые нелинейные искажения не более 0,1% Напряжение питания 10-16В (12В номинальное) Ток потребления 15…30мА Входное напряжение 0,5В (коэффициент усиления при напряжении питания 12В единица) Диапазон регулировки тембра -14…+14дБ Диапазон регулировки баланса 3дБ Разница между каналами 45дБ Отношение сигнал шум …
29.09.2014
Принципиальная схема передатчика показана на рис.1. Передатчик (27МГц) выдает мощность около 0,5Вт. В качестве антенны используется провод 1 м длиной. Передатчик состоит из 3-х каскадов — задающего генератора (VT1), усилителя мощности (VT2) и манипулятора (VT3). Частота задающего генератора задается кв. резонатором Q1 на частоту 27 МГц. Нагружен генератор на контур …
28.09.2014
Параметры усилителя: Суммарный диапазон воспроизводимых частот 12…20000Гц Максимальная выходная мощность СЧ-ВЧ каналов(Rн=2,7Ом, Uп=14В) 2*12Вт Максимальная выходная мощность НЧ канала(Rн=4Ом, Uп=14В) 24Вт Номинальная мощность СЧ-ВЧ каналов при КНИ 0,2% 2*8Вт Номинальная мощность НЧ канала при КНИ 0,2% 14Вт Максимальный ток потребления 8 А В данной схеме А1 — ВЧ-СЧ усилитель, а …
30.09.2014
УКВ-приемник работает в диапазоне 64-108МГц. Схема приемника основана на 2-х микросхемах: К174ХА34 и ВА5386, дополнительно в схеме присутствуют 17 конденсаторов и всего 2-а резистора. Колебательный контур один, гетеродинный. На А1 выполнен супергетеродинный УКВ-ЧМ без УНЧ. Сигнал от антенны поступает через С1 на вход ПЧ микросхемы А1(вывод12). Настройка на станцию производится …

Прибор позволяет измерять сопротивление от 1 Ома до 10 МОм, емкость от 100 пФ до 1000 мкФ, индуктивность от 10 мГ до 1000 Г на семи диапазонах, выбираемых переключателем SA1 в соответствии с таблицей, изображенной на передней панели.

Принцип работы простого измерителя RCL, предложенного Александром Маньковским, основан на балансе моста переменного тока. Балансируют мост переменным резистором R11, ориентируясь на минимум показаний микроамперметра Р2 или внешнего вольтметра переменного тока, подключаемого к клеммам Р1. Измеряемый резистор, конденсатор или катушку индуктивности подключают к клеммам Х1, Х2, предварительно установив переключатель SA3 в положение R, С или L. В качестве R11 применен проволочный резистор ППБ-ЗА.

Градуировку его шкалы (см. эскиз передней панели прибора на рис.2) осуществляют следующим образом. SA3 переводят в положение «R», SA1 -«3», а к зажимам Х1, Х2 поочередно подключают образцовые резисторы сопротивлением 100, 200, 300, ... 1000 Ом и при каждом балансе моста ставят соответствующую отметку. Емкость конденсатора С1 подбирают по балансу моста (минимуму отклонения стрелки Р2), установив SA3 в положение «С», SA1 - «5», R11 - на отметку «1», а к зажимам Х1, Х2 подключив образцовый конденсатор емкостью 0,01 мкФ. Сетевой трансформатор Т1 должен иметь вторичную обмотку на 18 В при токе до 1 А.

Прибор позволяет измерять сопротивление от 1 Ома до 10 МОм, емкость от 100 пФ до 1000 мкФ, индуктивность от 10 мГ до 1000 Г на семи диапазонах, выбираемых переключателем SA1 в соответствии с таблицей, изображенной на передней панели рис.2

Радиолюбитель №9/2010, с. 18, 19.

Программа для измерения сопротивления, индуктивности и емкости неизвестных электронных компонентов.
Требует изготовления простейшего переходника для подключения к звуковой карте компьютера (два штеккера, резистор, провода и щупы).

Download the single-frequency version - Скачать программу v1.11 (архив 175 кБ, одна рабочая частота).
Download the double-frequency version - Скачать программу v2.16 (архив 174 кБ, две рабочих частоты).

Это еще один вариант, пополняющий и без того обширную коллекцию аналогичных программ. Здесь не воплощены все задумки, работа над которыми продолжается. Функционирование «основы» вы можете оценить прямо сейчас.

В основу заложен общеизвестный принцип определения амплитудных и фазовых соотношений между сигналами с известного (образцовогоо) компонента, и с компонента, параметры которого надо определить. В качестве тестового используется сигнал синусоидальной формы, генерируемый звуковой картой. В первой версии программы использовалась только одна фиксированная частота 11025 Гц, в следующей версии к ней добавилась вторая (в 10 раз меньшая). Это позволило расширить верхние границы измерений для емкостей и индуктивностей.

Выбор именно этой частоты (четверть от частоты сэмлинга) является главной «инновацией», отличающей этот проект от остальных. На такой частоте алгоритм интегрирования по-Фурье (не путать с БПФ - быстрым преобразованием Фурье) максимально упрощается, а нежелательные побочные эффекты, приводящие к росту шума в измеряемом параметре, полностью пропадают. В итоге кардинально улучшается быстродействие и снижается разброс показаний (особо ярко выраженный на краях диапазонов). Это позволяет расширить диапазоны измерений и обойтись только одним образцовым элементом (резистором).

Собрав схему согласно рисунку и установив регуляторы уровня Windows в оптимальное положение, а также произведя начальную калибровку по закороченным между собой щупам («Cal.0»), можно сразу же приступать к измерениям. С такой калибровкой без труда ловятся низкие сопротивления, в том числе ESR, порядка 0,001 ом, а СКО (среднеквадратическое отклонение) результатов измерений в этом случае составляет порядка 0,0003 ом. Если зафиксировать положение проводов (чтобы не менялась их индуктивность), то можно «ловить» индуктивности порядка 5 нГн. Калибровку «Cal.0» желательно проводить после каждого старта программы, поскольку положение регуляторов уровня в среде Windows может быть, в общем случае, непредсказуемым.

Чтобы расширить диапазон измерений в область больших R, L и малых C, требуется учитывать входное сопротивление звуковой карты. Для этого служит кнопка «Cal.^», нажимать на которую надо при разомкнутых между собой щупах. После такой калибровки можно достичь следующих диапазонов измерений (при нормировании случайной составляющей погрешности на краях диапазонов на уровне 10%):

по R - 0.01 ом... 3 Мом,
по L - 100 нГн... 100 Гн,
по C - 10 пФ... 10 000 мкФ (для версии с двумя рабочими частотами)

Минимальная погрешность измерения определяется допуском образцового резистора. Если предполагается использование обычного ширпотребовского резистора (и даже с номиналом, отличным от указанного), в программе предусмотрена возможность его калибровки. Соответствующая кнопка «Cal.R» становится активной при переходе в режим «Ref.» Величина резистора, который будет использоваться в качестве эталонного, задается в файле *.ini в качестве значения параметра «CE_real». После калибровки уточненные характеристики образцового резистора запишутся в виде новых значений параметров «CR_real» и «CR_imag» (в 2-х частотной версии параметры измеряются на двух частотах).

С регуляторами уровня программа напрямую не работает - пользуйтесь стандартным микшером Windows или аналогичным. Шкала «Level» служит для настройки оптимального положения регуляторов. Здесь можно порекомендовать такую методику настройки:

1. Определиться, какой регулятор отвечают за уровень воспроизведения, а какой - за уровень записи. Остальные регуляторы желательно заглушить для минимизации вносимых ими шумов. Регуляторы балланса - в среднее положение.
2. Исключить прегрузку по выходу. Для этого, установив регулятор записи в положение ниже среднего, с помощью регулятора воспроизведения найти ту точку, где ограничивается рост столбика «Level», а затем немного отступить назад. Скорее всего перегрузки вообще не будет, но для надежности регулятор лучше не выводить на отметку «макс».
3. Исключить прегрузку по входу - регулятором уровня записи сделать так, чтобы столбик «Level» не доходил до конца шкалы (оптимальное положение - 70...90%) в отсутствии измеряемого компонента, т.е. при разомкнутых щупах.
4. Замыкание щупов между собой не должно приводить к сильной просадке уровня. Если это так, то выходные усилители звуковой карты слишком слабы для данной задачи (иногда решается настройками карты).

Требования к системе

ОС семейства Windows (тестировалась под Windows XP),
поддержка звука 44,1 ksps, 16 bit, stereo,
наличие одного аудио устройства в системе (если окажется несколько, то программа будет работать с первым из них, и не факт, что у веб-камеры окажутся гнезда «Line In» и «Line Out»).

Особенности измерений, или чтобы не попасть впростак

Любой измерительный инструмент требует знания его возможностей и умения правильно интерпретировать результат. Например, при использовании мультиметра стоит задуматься, а какое переменное напряжение он, собственно, меряет (при отличии формы от синусоидальной)?

В 2-х частотной версии для измерения больших емкостей и индуктивностей используется низкая (1,1 кГц) частота. Граница перехода отмечена сменой цвета шкалы с зеленого на желтый. Аналогично меняется и цвет показаний - с зеленого на желтый при переходе к измерениям на низкой частоте.

Стереофонический вход звуковой карты позволяет организовать «четырехпроводную» схему подключения только для измеряемого компонента, схема же подключения эталонного резистора остается «двухпроводной». При таком раскладе любая нестабильность контакта разъема (в нашем случае - земляного) может исказить результат измерения. Ситуацию спасает относительно большая величина сопротивления эталонного резистора по сравнению к нестабильностью сопротивления контакта - 100 ом против долей ома.

И последнее. Если измеряемый компонет - конденсатор, то он может оказаться заряженным! Даже разряженный электролитический конденсатор со временем может «собрать» оставшийся заряд. Схема не имеет защиты, так что вы рискуете вывести из строя свою звуковую карту, а в худшем случае - сам компьютер. Сказанное относится и к тестированию компонетов в устройстве, тем более - необесточенном.