Cara Mengukur Kapasitor atau Induktor Dengan Mp3 Player: 9 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Berikut adalah teknik sederhana yang dapat digunakan untuk mengukur secara tepat kapasitansi dan induktansi kapasitor dan induktor tanpa peralatan mahal. Teknik pengukuran didasarkan pada jembatan seimbang, dan dapat dibangun dengan mudah dari resistor murah. Teknik pengukuran ini tidak hanya mengukur nilai kapasitansi, tetapi juga resistansi seri efektif kapasitor pada saat yang bersamaan.

Komponen yang dibutuhkan:

1. Beberapa resistor variabel

2. Pemutar MP3

3. Multimeter

4. Kalkulator untuk menghitung nilainya

Langkah 1: Sedikit Teori Latar Belakang

Sebagai pengantar proyek, mari kita lihat apa itu jembatan LCR dan apa yang diperlukan untuk membuatnya

satu. Jika Anda hanya ingin membuat jembatan LCR, lewati langkah-langkah ini.

Untuk memahami cara kerja jembatan LCR, perlu untuk berbicara tentang bagaimana kapasitor, resistor, dan induktor berperilaku dalam rangkaian AC. Saatnya membersihkan buku teks ECE101 Anda. Resistor adalah elemen yang paling mudah dipahami di luar grup. Sebuah resistor sempurna berperilaku sama ketika arus DC melewati resistor seperti ketika arus AC melewatinya. Ini memberikan perlawanan terhadap arus yang mengalir meskipun demikian menghilangkan energi dalam melakukannya. Hubungan sederhana antara arus, tegangan dan hambatan adalah:

R = I / V

Sebuah kapasitor yang sempurna di sisi lain, adalah perangkat penyimpanan energi murni. Itu tidak menghilangkan energi apa pun yang melewatinya. Sebaliknya, karena tegangan AC diterapkan ke terminal kapasitor, arus mengalir meskipun kapasitor diperlukan untuk menambah dan menghilangkan chage dari kapasitor. Akibatnya, arus yang mengalir meskipun kapasitor keluar dari fase ketika dibandingkan dengan tegangan terminalnya. Bahkan, selalu 90 derajat di depan tegangan di terminalnya. Cara sederhana untuk merepresentasikannya adalah dengan menggunakan bilangan imajiner (j):

V (-j) (1 / C) = I

Mirip dengan kapasitor, induktor adalah perangkat penyimpanan energi murni. Sebagai pelengkap yang tepat untuk kapasitor, induktor menggunakan medan magnet untuk mempertahankan arus yang melewati induktor, dengan menyesuaikan tegangan terminalnya. Jadi, arus yang mengalir melalui induktor adalah 90 derajat di depan tegangan terminal. Persamaan yang mewakili hubungan tegangan dan arus di terminalnya adalah:

V (j) (L) = I

Langkah 2: Lebih Banyak Teori

Sebagai ringkasan, kita dapat menggambar arus resistor (Ir), arus Induktor (Ii) dan arus kapasitor (Ic) semuanya pada diagram vektor yang sama, yang ditunjukkan di sini.

Langkah 3: Lebih Banyak Teori

Di dunia yang sempurna dengan kapasitor dan induktor yang sempurna, Anda mendapatkan perangkat penyimpanan energi murni.

Namun, di dunia nyata, tidak ada yang sempurna. Salah satu kualitas kunci perangkat penyimpan energi, baik itu kapasitor, baterai, atau perangkat penyimpanan pompa, adalah efisiensi perangkat penyimpanan. Sejumlah energi selalu hilang selama proses. Dalam kapasitor atau induktor, ini adalah resistansi parasida perangkat. Dalam kapasitor, ini disebut faktor disipasi, dan dalam induktor, ini disebut faktor kualitas. Cara cepat untuk memodelkan kerugian ini adalah dengan menambahkan resistansi seri dalam rangkaian kapasitor atau induktor yang sempurna. Dengan demikian, kapasitor kehidupan nyata lebih mirip resistor sempurna dan kapasitor sempurna secara seri.

Langkah 4: Jembatan Wheatstone

Ada total empat elemen resistif di jembatan. Ada juga sumber sinyal dan a

meter di tengah jembatan. Elemen yang kita kendalikan adalah elemen resistif. Fungsi utama dari jembatan resistif adalah untuk mencocokkan resistensi di jembatan. Ketika jembatan seimbang, yang menunjukkan resistor R11 cocok dengan R12 dan R21 cocok dengan R22, output pada meteran di tengah menjadi nol. Hal ini karena arus yang mengalir melalui R11 mengalir keluar dari R12 dan arus yang mengalir melalui R21 mengalir keluar dari R22. Tegangan antara sisi kiri meteran dan sisi kanan meteran kemudian akan sama.

Keindahan jembatan adalah impedansi sumber dari sumber sinyal dan linieritas meter tidak mempengaruhi pengukuran. Bahkan jika Anda memiliki meteran murah yang membutuhkan banyak arus untuk melakukan pengukuran (misalnya, meteran analog tipe jarum lama), itu masih berfungsi dengan baik di sini selama cukup sensitif untuk memberi tahu Anda saat tidak ada arus. mengalir meskipun meteran. Jika sumber sinyal memiliki impedansi keluaran yang besar, penurunan tegangan keluaran yang disebabkan oleh arus yang mengalir melalui jembatan memiliki efek yang sama di sisi kiri jembatan seperti di sisi kanan jembatan. Hasil bersih membatalkan dirinya sendiri dan jembatan masih bisa menandingi resistensi dengan tingkat akurasi yang luar biasa.

Pembaca yang jeli mungkin memperhatikan bahwa jembatan juga akan seimbang jika R11 sama dengan R21 dan R12 sama dengan R22. Ini adalah kasus yang tidak akan kami bahas di sini, jadi kami tidak akan membahas kasus ini lebih lanjut.

Langkah 5: Bagaimana Dengan Elemen Reaktif Alih-alih Resistor?

Dalam contoh ini, jembatan akan diseimbangkan setelah Z11 cocok dengan Z12. Menjaga desain tetap sederhana, sisi kanan jembatan dibuat menggunakan resistor. Salah satu persyaratan baru adalah sumber sinyal harus sumber AC. Meteran yang digunakan juga harus mampu mendeteksi arus AC. Z11 dan Z12 dapat berupa sumber impedansi, kapasitor, induktor, resistor atau kombinasi dari ketiganya.

Sejauh ini baik. Jika Anda memiliki sekantong kapasitor dan induktor yang dikalibrasi dengan sempurna, Anda dapat menggunakan jembatan untuk mengetahui nilai perangkat yang tidak diketahui. Namun, itu akan benar-benar memakan waktu dan mahal. Solusi yang lebih baik daripada, adalah menemukan cara untuk mensimulasikan perangkat referensi yang sempurna dengan beberapa trik. Di sinilah pemutar MP3 muncul.

Ingat arus yang mengalir meskipun kapasitor selalu 90 derajat di depan tegangan terminalnya? Sekarang, jika kita dapat memperbaiki tegangan terminal perangkat yang sedang diuji, kita dapat menerapkan arus 90 derajat di muka dan mensimulasikan efek kapasitor. Untuk melakukan ini, pertama-tama kita harus membuat file audio yang berisi dua gelombang sinus dengan perbedaan fase 90 derajat antara dua gelombang.

Langkah 6: Menempatkan Apa yang Kita Ketahui Menjadi Jembatan

Mengunggah file gelombang ini ke pemutar MP3 atau memutarnya langsung dari PC, saluran kiri dan kanan menghasilkan dua gelombang sinus dengan amplitudo yang sama. Mulai saat ini, saya akan menggunakan kapasitor sebagai contoh demi kesederhanaan. Namun, prinsip yang sama juga berlaku untuk induktor, kecuali sinyal tereksitasi harus tertinggal 90 derajat.

Mari kita menggambar ulang jembatan dengan perangkat yang diuji diwakili oleh kapasitor sempurna secara seri dengan resistor sempurna. Sumber sinyal juga dibagi menjadi dua sinyal dengan satu fase sinyal bergeser 90 derajat ketika mengacu pada sinyal lainnya.

Sekarang, inilah bagian yang menakutkan. Kita harus menyelami matematika yang menjelaskan cara kerja sirkuit ini. Pertama, mari kita lihat tegangan di sisi kanan meteran. Untuk membuat desain sederhana, yang terbaik adalah memilih resistor di sisi kanan agar sama, jadi Rm = Rm dan tegangan pada Vmr adalah setengah dari Vref.

Vmr = Vref / 2

Selanjutnya, ketika jembatan seimbang, tegangan di sebelah kiri meteran dan kanan meteran akan sama persis, dan fasenya juga akan sama persis. Jadi, Vml juga setengah dari Vref. Dengan ini, kita dapat menuliskan:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Sekarang mari kita coba tuliskan arus yang mengalir melalui R90 dan R0:

Ir0 = (Vref / 2) x (1 / Ro)

Ir90 = (Vz - (Vref / 2)) / (R90)

Juga, arus yang mengalir melalui perangkat yang diuji adalah:

Ic = Ir0 + Ir90

Sekarang, asumsikan perangkat yang diuji adalah kapasitor dan kami ingin Vz memimpin Vref sebesar 90 derajat, dan ke

membuat perhitungan sederhana, kita dapat menormalkan tegangan Vz dan Vref ke 1V. Kita kemudian dapat mengatakan:

Vz = j, Vref = 1

Ir0 = Vref / (2 x Ro) = Ro / 2

Ir90 = (j - 0,5) / (R90)

Bersama:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

-j Xc + Rc = (0,5 / Ic)

Dimana Xc adalah impedansi dari kapasitansi sempurna Cc.

Jadi, dengan menyeimbangkan jembatan dan mengetahui nilai R0 dan R90, mudah untuk menghitung arus total melalui perangkat yang diuji Ic. Gunakan persamaan terakhir yang kita dapatkan, kita dapat menghitung impedansi kapasitansi sempurna dan resistansi seri. Dengan mengetahui impedansi kapasitor dan frekuensi sinyal yang diterapkan, mudah untuk mengetahui kapasitansi perangkat yang diuji dengan:

Xc = 1 / (2 x F C)

Langkah 7: Langkah Mengukur Nilai Kapasitor atau Induktor

1. Putar file wave menggunakan PC atau pemutar MP3.

2. Hubungkan output pemutar MP3 seperti diagram pengkabelan yang ditunjukkan di atas, tukar koneksi ke saluran kiri dan kanan jika Anda mengukur induktor.

3. Hubungkan multimeter dan atur pengukuran pada tegangan AC.

4. Putar klip audio dan sesuaikan pot trim sampai pembacaan voltase turun ke minimum. Semakin mendekati nol, semakin akurat pengukurannya.

5. Putuskan sambungan perangkat yang sedang diuji (DUT) dan pemutar MP3.

6. Pindahkan kabel multimeter ke R90 dan atur pengukuran pada tahanan. Ukur nilainya. 7. Lakukan hal yang sama untuk R0.

8. Hitung nilai kapasitor/induktor secara manual, atau gunakan skrip Oktaf/Matlab yang disediakan untuk menyelesaikan nilainya.

Langkah 8: Tabel Perkiraan Resistansi yang Diperlukan untuk Variabel Resistor untuk Menyeimbangkan Jembatan

Langkah 9: Terima kasih

Terima kasih telah membaca instruksi ini. Ini adalah transkripsi dari halaman web yang saya tulis pada tahun 2009