Измеритель LCR , брат-близнец мультиметра

Ссылка на страничку сайта Магазина Gtest® с номенклатурой мультиметров, а также рекомендуемые приборы и статьи для дальнейшего самообразования - в самом конце этого раздела.

Характеристики импеданса рассчитываются согласно формуле 1. Из этой формулы можно определить роль трёх пассивных компонентов, влияющих на импеданс. Действительная часть импеданса - это сопротивление, а мнимая часть - реактивное сопротивление, включающее ёмкость и индуктивность. Величины пассивных компонентов в реальной среде подвержены различным воздействиям, поэтому говорить об идеальной ситуации, при которой они остаются неизменными, не приходится. Чистое сопротивление, чистая индуктивность и чистая ёмкость существуют только теоретически. В реальной практике необходимо учитывать паразитные компоненты, вызывающие наличие индуктивности в ёмкости и ёмкости в индуктивности. Характеристики реактивного сопротивления изменяются после появления резонансной частоты. Следовательно, важно понимать и измерять резонансную частоту.

Формула 1

Формула реактивного сопротивления ёмкости показана в формуле 2. По мере увеличения частоты f реактивное сопротивление XC уменьшается. Ёмкость пропускает высокие частоты и блокирует низкие частоты. Для постоянного тока конденсатор представляет собой разомкнутую цепь.

Формула 2

Формула реактивного сопротивления индуктивности показана в формуле 3. По мере увеличения частоты f реактивное сопротивление XL возрастает. Индуктивность пропускает низкие частоты и блокирует высокие частоты. Для постоянного тока индуктор представляет собой короткое замыкание.

Формула 3

Что такое резонанс и резонансная частота?

В цепи присутствуют ёмкость и индуктивность. Когда индуктивное реактивное сопротивление равно ёмкостному реактивному сопротивлению, это называется резонансом. С помощью этого определения можно рассчитать резонансную частоту.

Процесс вывода формулы:

Почему резонансная частота важна для измерения характеристик пассивных компонентов?

Когда рабочая частота ниже резонансной частоты компонента, он обычно проявляет характеристики, близкие к идеальным. Однако после превышения резонансной частоты компонент начинает демонстрировать противоположные свойства: ёмкостное реактивное сопротивление становится индуктивным и наоборот.

В качестве примера рассмотрим диаграмму частотной характеристики конденсатора. Горизонтальная ось показывает частоту, вертикальная - реактивное сопротивление. Красная линия отображает идеальную характеристику компонента. Однако после достижения резонансной частоты реактивное сопротивление начинает возрастать вместо уменьшения.

Рисунок A. Сравнение кривой импеданса идеального конденсатора и реальных характеристик до и после резонансной частоты

Причина заключается в паразитной индуктивности, присутствующей в конденсаторе. После достижения резонансной частоты именно она начинает определять поведение компонента.

Рисунок B. Эквивалентная схема SMD-конденсатора

Рисунок C. Эквивалентная схема выводного конденсатора

Как анализировать резонансную частоту?

Характеристики компонентов необходимо оценивать в условиях, максимально приближённых к реальным условиям эксплуатации. Обычные LCR-метры с измерением на одной частоте не позволяют полноценно исследовать поведение компонентов в широком диапазоне частот.

Современные измерители LCR оснащаются функцией частотной развёртки и способны анализировать паразитные параметры компонентов. На рисунке F представлен пример частотной развёртки конденсатора, выполненной с помощью GW Instek LCR-8200A.

Рисунок F. Пример анализа резонансной частоты методом частотной развёртки

Для более глубокого анализа можно использовать функцию анализа модели эквивалентной схемы. Она позволяет подобрать параметры модели таким образом, чтобы теоретическая кривая максимально совпала с измеренной характеристикой, что даёт возможность определить паразитные параметры компонента.

Магазин Gtest® - официальный поставщик мультиметров в Украине:
купить мультиметр в Украине