电阻器、电感器和电容器是几乎所有电子电路中最常用的无源元件。在这三个中，电阻器和电容器的值通常标记在其顶部电阻器色标或者作为数字标记。此外，电阻和电容也可以使用正常值进行测量万用表但是大多数电感器，特别是铁氧体磁芯和空心电感器由于某种原因似乎没有任何标记。当你不得不为你的电路设计选择合适的电感器值，或者从旧的电子PCB中抢救出一个电感器并想知道它的值时，这就变得很烦人了。


这个问题的一个直接解决方案是使用LCR仪表，它可以测量电感器、电容器或电阻器的值并直接显示。但并不是每个人都有LCR测量仪，所以在本文中让我们学习如何使用示波器测量电感或电容的值使用简单的电路和简单的计算。当然，如果你需要一种更快速、更稳健的方法，你也可以建立您自己的LC电表其使用相同的技术以及附加的MCU来读取显示器的值。


 


所需材料


  • 示波器

  • 信号发生器或来自Arduino或其他MCU的简单PWM信号

  • 二极管

  • 已知电容器（0.1uf、0.01uf、1uf）

  • 电阻器（560欧姆）

  • 计算器

 


为了测量未知电感器或电容器的值，我们需要建立一个称为储能电路的简单电路。此电路也可以称为LC电路或谐振电路或调谐电路储能电路是这样一种电路，在该电路中，我们将使电感器和电容器相互并联，当电路通电时，其两端的电压和电流将以称为谐振频率的频率谐振。在我们前进之前，让我们先了解一下这是如何发生的。


 


储罐回路是如何工作的？

如前所述，典型的储能电路仅由并联的电感器和电容器组成。电容器是一种仅由两个平行板组成的装置，能够在电场中存储能量，电感器是缠绕在磁性材料上的线圈，也能够在磁场中存储能量。


Tank Circuit

 


当电路通电时，电容器被充电，然后当断电时，电容将其能量释放到电感器中。当电容器将其能量消耗到电感器中时，电感器就会充电，并利用其能量将电流以相反的极性推回电容器，从而使电容器再次充电。请记住，电感器和电容器在充电和放电时会改变极性。这样，电压和电流将来回摆动，产生如上面GIF图像所示的谐振。


 


但这种情况不可能永远发生，因为每次电容器或电感器充电和放电时，都会由于导线的电阻或磁能而损失一些能量（电压），谐振频率的大小会慢慢消失，如以下波形所示。


Resonance Frequency

 


一旦我们在示波器上得到这个信号，我们就可以测量这个信号的频率，它只是谐振频率那么我们可以使用下面的公式来计算电感器或电容器的值。


FR=1/2π√LC

在上述公式F中<sub>R是谐振频率，如果我们知道电容器的值，我们就可以计算电感器的值。同样，我们知道电感器值，我们也可以计算电容器值。


 


测量电感和电容的设置

理论够多了，现在让我们在试验板上构建电路。这里我有一个电感器，我应该通过使用电感器的已知值来找到它的值。我在这里使用的电路设置如下所示


Circuit Diagram for Inductance and Capacitance Calculator using Oscilloscope

 


电容器C1和电感器L1形成储能电路，二极管D1用于防止电流流回PWM信号源，电阻器560欧姆用于限制通过电路的电流。在这里我用过我的Arduino生成PWM波形对于可变频率，如果您有函数发生器，您可以使用函数发生器，也可以简单地使用任何PWM信号。示波器连接在油箱电路上。我的硬件设置如下一旦电路完成。你也可以在这里看到我未知的torrid核心感应器


Circuit Hardware for Inductance and Capacitance Calculator using Oscilloscope

 


现在使用PWM信号接通电路电源，并观察示波器上是否有谐振信号。如果你没有得到清晰的谐振频率信号，你可以尝试改变电容器的值，通常0.1uF电容器应该适用于大多数电感器但你也可以尝试使用较低的值，如0.01uF。一旦你得到共振频率，它应该是这样的。


Output Waveform of Resonance Frequency with Oscilloscope

 


如何用示波器测量谐振频率？

对于一些人来说，曲线会显示为这样，对于其他人来说，你可能需要调整一下。确保示波器探头设置为10倍，因为我们需要去耦电容器。同时将时间分割设置为20us或更小，然后将幅度减小到1V以下。现在试着增加PWM信号的频率，如果你没有波形发生器，那么试着降低电容器的值，直到你注意到谐振频率。一旦你得到了共振频率，就把示波器放在单个序列中。模式，以获得如上面所示的清晰波形。


 


收到信号后，我们必须测量这个信号的频率正如你所看到的，信号的幅度随着时间的增加而消失，所以我们可以选择信号的任何一个完整周期。有些作用域可能有一个度量模式来做同样的事情，但在这里我将向您展示如何使用光标。如下图所示，将第一条光标线放在正弦波的起点，将第二条光标放在正弦波终点，以测量频率的周期。就我而言时间段如下图所示。我的范围也显示频率，但出于学习目的，只需考虑时间段，如果你的范围没有显示，你也可以使用图线和时间分割值来查找时间段。


Calculation Inductance and Capacitance using Resonance Frequency

 


我们只测量了信号的时间段，以了解频率我们可以简单地使用公式


F=1/T

 


因此，在我们的情况下，时间周期的值为29.5uS，即29.5×10-6。所以频率值为


F=1/（29.5×10-6)=33.8千赫兹

 


现在我们的谐振频率为33.8×103.Hz，电容器的值为0.1uF，即0.1×10-6将所有这些代入我们得到的公式


FR=1/2π√LC
33.8×103.=1/2π√L（0.1 x 10-6)

 


求解L，我们得到


L=（1/（2πx 33.8 x 103.)2./ 0.1×10-6
= 2.219×10-4
= 221 ×10-6

长度=220 uH

 


因此，未知电感器的值被计算为220uH，类似地，你也可以通过使用已知电感器来计算电容器的值。我还尝试了其他一些已知的电感值，它们似乎工作得很好。你也可以在下面的视频中找到完整的工作.


希望你能理解这篇文章并学到一些新东西。如果你在为自己工作方面有任何问题，请在评论区留下你的问题，或使用论坛获得更多技术帮助。