精准测量未标记电感和电容:简单工具实现高效检测

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我们的一位技术人员最近请求帮助确定 SMT 电感器的值。它没有标记,是铁氧体磁芯上的许多匝非常细的导线。电阻测量为 26 Ω,出于某种原因,这让我们古老的 LCR 电桥受到了影响,读数为 30 mH,并带有闪烁的错误消息。技术人员理所当然地认为,这么小的电感不可能是 30 mH。

我没有其他电桥,但我向技术人员保证还有其他方法可以进行测量。一种方法是将已知电容器与未知电感并联焊接以形成 LC 谐振电路,最好使用容差为 5% 或更好的电容器和 C0G (NP0) 等射频质量电介质。然后可以测量得到的谐振频率,并据此计算电感。要测量谐振频率,可以在谐振槽周围构建一个振荡器,但使用标准函数发生器和一些 Clip 引线执行以下操作会更容易、更快捷(参见图 1)。

示波器

图 1.

函数发生器以数字逻辑边沿的形式提供电压阶跃,最好是快速上升时间,例如从函数发生器的“同步”输出获得。如果没有函数发生器,可以使用任意数量的施密特反相逻辑门(例如 74xx14)对快速振荡边沿发生器进行试验板测试,如图 2 所示。

Fig_2_Eng

图 2.

逻辑系列上升时间越快,LC 槽的激励就越强。边缘之间的实际时间应该足够长,以便有时间让槽路瞬态稳定下来,但如果使用模拟示波器,边缘频率应该足够高,以获得合理的重复 CRT 亮度。

生成的示波器显示如图 3 所示。
 
Fig_3
图 3.
蓝色是 logic edge trigger,黄色是 LC tank 响应。通过 10 pF 电容器的数字边沿敲击谐振电路的方式与拨片敲击吉他弦的方式大致相同。油箱振铃,谐振频率可以用光标测量。可能需要对 10 pF 耦合电容的值进行试验,以获得合理的振铃幅度,但其值应保持远小于并联在电感两端的电容。
 
在这种情况下,与电感并联的电容器为 1 nF,所得频率为 156 kHz。从谐振方程
 
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电感计算为 1 mH。该技术可用于测量低至纳亨利区域的电感——可能需要相应地增加已知的并联电容器,以在示波器的带宽内保持合理的环形频率。
 
测量未标记的电容器在技术上更容易一些,但在物理上则更难。假设表面贴装电容器没有标记,则必须首先用热风枪或双烙铁小心地将它们从原始 PCB 上取下。它们的小尺寸和易碎性需要将细规格的电线焊接到它们上,但可以通过用 Dremel 切割盘对单面覆铜层进行刻痕以形成小焊盘来制造更好的夹具,未知电容器和短测试引线可以焊接到这些焊盘上。
 
使用以下设置对电容器施加电压阶跃(图 4)——同样,函数发生器可以替换为试验板逻辑边缘发生器;我们所需要的只是一个电压阶跃,其 RiseTime 比测量的 RiseTime 快得多,并且边沿之间的周期足够长,以便完成瞬态响应。
 
Fig_4_Eng
图 4.
这给出了经典的电压与时间指数充电曲线。一个 RC 时间常数是指充电电容器电压达到最终电压的 63% 时(图 5)。
 
Fig_5
图 5.
调整示波器的垂直度,使显示最终上升到 8 个刻度。在此比例下,63% 的点恰好落在第五经纬网划分附近。在上面的示例中,光标显示从开始到 62.5% 是 300 ns。由于电阻为 10K,因此电容 C = t/R = 30 pF。
 

现在,必须通过从测量值中减去已知探头电容来应用探头校正,以获得被测电容器的实际值。对于 15 pF 探头,未知电容器必须为 15 pF。

使用更高质量的 7.5 pF 探头测量的同一电容器产生了图 6 中的曲线。

Fig_6

图 6.

从测得的 22.8 pF 中减去探头的 7.5 pF,得到未知电容器的 15.3 pF——足够接近。
 
如果您不知道探头电容怎么办?没问题 - 取下被测电容器,使用相同的方法仅测量探头电容!
 
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