Вимірювач LCR, брат-близнюк мультиметра

Посилання на сторінку сайту Магазину Gtest® з номенклатурою мультиметрів, а також рекомендовані прилади та статті для подальшої самоосвіти - наприкінці цього розділу.

Характеристики імпедансу розраховуються відповідно до формули 1. З цієї формули можна зрозуміти роль трьох пасивних компонентів, що впливають на імпеданс. Дійсна частина імпедансу - це опір, а уявна частина - реактивний опір, що включає ємність та індуктивність. Значення пасивних компонентів у реальних умовах піддаються різним впливам, тому говорити про ідеальну ситуацію, за якої вони залишаються незмінними, не доводиться. Чистий опір, чиста індуктивність і чиста ємність можуть існувати лише теоретично. У реальних умовах необхідно враховувати паразитні компоненти, які призводять до появи індуктивності в конденсаторах та ємності в індуктивностях. Характеристики реактивного опору змінюються після досягнення резонансної частоти. Тому важливо розуміти та вимірювати резонансну частоту.

Формула 1

Формула реактивного опору ємності наведена у формулі 2. Зі збільшенням частоти f реактивний опір XC зменшується. Конденсатор пропускає високі частоти та блокує низькі. Для постійного струму конденсатор є розімкненим колом.

Формула 2

Формула реактивного опору індуктивності наведена у формулі 3. Зі збільшенням частоти f реактивний опір XL зростає. Індуктивність пропускає низькі частоти та блокує високі. Для постійного струму індуктивність є коротким замиканням.

Формула 3

1. Що таке резонанс і резонансна частота?

У колі присутні ємність та індуктивність. Коли індуктивний реактивний опір дорівнює ємнісному реактивному опору, виникає резонанс (формула 4). Використовуючи це визначення, можна розрахувати резонансну частоту (формула 5).

Процес виведення формули:

2. Чому резонансна частота важлива для вимірювання характеристик пасивних компонентів?

Якщо робоча частота компонента нижча за його резонансну частоту, він демонструє характеристики, близькі до ідеальних. Але коли прикладена частота перевищує резонансну, компонент починає проявляти протилежні властивості - ємнісний реактивний опір стає індуктивним і навпаки.

На рисунку A показано частотну характеристику конденсатора. Червона лінія демонструє ідеальну характеристику. У реальному компоненті після досягнення резонансної частоти реактивний опір починає зростати через вплив паразитної індуктивності.

Рисунок A: Порівняння кривої імпедансу ідеального конденсатора та реальних характеристик до і після резонансної частоти

На рисунках B та C показані еквівалентні схеми SMD-конденсатора та вивідного конденсатора, де присутня паразитна індуктивність.

Рисунок B: Еквівалентна схема SMD-конденсатора

Рисунок C: Еквівалентна схема вивідного конденсатора

Аналогічна ситуація спостерігається з індуктивностями. Після досягнення резонансної частоти починає домінувати паразитна ємність.

Рисунок D: Порівняння кривої імпедансу ідеального дроселя та реальних характеристик до і після резонансної частоти

Рисунок E: Еквівалентна схема дроселя без осердя

3. Як аналізувати резонансну частоту?

Характеристики компонентів залежать від умов експлуатації та вимог конкретної галузі. Для точного аналізу необхідно враховувати поведінку компонентів на різних частотах та можливі паразитні складові.

Сучасні LCR-метри мають функцію частотного сканування та дозволяють аналізувати паразитні параметри. На рисунку F наведено приклад частотної розгортки конденсатора, виконаної за допомогою GW Instek LCR-8200A.

Рисунок F: Приклад аналізу характеристичної кривої

Для більш глибокого аналізу використовується функція моделювання еквівалентної схеми. Вона дозволяє визначити значення паразитних компонентів шляхом наближення теоретичної моделі до фактично виміряних характеристик.

Рисунок G: Оцінка паразитних компонентів

Магазин Gtest® - авторизований постачальник мультиметрів в Україну:
купити мультиметр в Україні

Продовження слідує…