LCメーター、その他テスター用アタッチメント。 デジタルLCメーターです。 メーターの動作動画

当社の同僚である R2-D2 のオリジナル設計の LC メーターを紹介します。 次に、図の作者からの言葉: アマチュア無線では、特に修理の際に、静電容量とインダクタンスを測定するための装置、いわゆる LC メーターを手元に用意する必要があります。 繰り返しになりますが、今日では、インターネット上で同様のデバイスの図が多数見つかります。複雑なものもあれば、それほど複雑でないものもあります。 しかし、私は独自のバージョンのデバイスを作成することにしました。 インターネット上で公開されているマイコンを使用した LC メーターの回路はほとんど同じです。 その考え方は、周波数のキャパシタンスとインダクタンスへの依存性の公式を使用して、未知のコンポーネントの値を計算することです。 設計を簡素化するために、マイクロコントローラーの内部コンパレーターをジェネレーターとして使用することにしました。 電話機の LCD は情報の表示に使用されます ノキア 3310またはコントローラーを使った同様のもの PCD8544解像度 84x48 など ノキア 5110.

マイコン上のLCメーター回路

セットアップと機能


デバイスの心臓部はマイクロコントローラーです PIC18F2520。 発電機を安定して動作させるには、C3 と C4 として無極性またはタンタル コンデンサを使用することをお勧めします。 電圧 (3 ～ 5 ボルト) に一致するリレーを使用できますが、閉位置での接触抵抗が可能な限り最小限のものであることが望ましいです。 音は発電機を内蔵していないブザーや通常の圧電素子を使用します。

組み立てられたデバイスを初めて起動すると、プログラムは自動的にディスプレイのコントラスト調整モードを開始します。 2/4 ボタンを使用して許容可能なコントラストを設定し、OK ボタン (3) を押します。 これらの手順を完了したら、デバイスの電源をオフにして再度オンにする必要があります。 メーターの操作をカスタマイズするには、メニューに「 設定」 サブメニューの「 コンデンサ"、使用する校正コンデンサ (C_cal) の正確な値を pF 単位で指定する必要があります。 指定された値の精度は、測定の精度に直接影響します。 制御点「B」の周波数計を使用して発電機自体の動作を監視できますが、サブメニュー「」にすでに組み込まれている周波数制御システムを使用することをお勧めします。 発振器».

L1 と C1 を選択することにより、500 ～ 800 kHz の範囲で安定した周波数読み取りを達成する必要があります。 高い周波数は測定精度にプラスの効果をもたらしますが、同時に周波数が高くなると発生器の安定性が低下する可能性があります。 上で述べたように、ジェネレーターの周波数と安定性はメニューセクションで簡単に監視できます。 発振器」 外部校正済み周波数計をお持ちの場合は、LC メータの周波数計を校正できます。 これを行うには、外部周波数メーターをコントロールポイント「B」に接続し、「」の +/- ボタンを使用する必要があります。 発振器» 両方の周波数計の測定値が一致するように定数「K」を選択します。 システムがバッテリーの状態を表示して正しく機能するには、抵抗 R9、R10 に基づいて抵抗分圧器を構成し、ジャンパー S1 を取り付けて「バッテリー」セクションのフィールドに値を書き込む必要があります。

設定手順

  • - マイクロコントローラーの電源電圧 (ピン 19 ～ 20) を測定します。 これが基準電圧「V.ref」です。
  • - 抵抗分圧器 = U1 までの電圧を測定します。
  • - 分圧器後の電源電圧を測定 = U2
  • - 係数を計算します。 除算「С.div」 = U1/U2
  • - 受信した番号をメニューの適切なセクションに入力し、「OK」ボタンを押して保存します。

また、電圧「V.max」 - バッテリーの最大電圧 (表示されているバッテリーのすべてのセグメントが充電されている) と、それに応じて「V.min」 - バッテリーの最小電圧 (バッテリーのすべてのセグメントが消灯している) を入力します。 、デバイスはバッテリーの交換または充電が必要であることを知らせます）。 バッテリーアイコンに中間セグメントを表示するための供給電圧値は、「V.max」と「V.min」の情報を入力すると自動的に計算されます。

基準電圧は安定しており、バッテリが放電しても変化しない必要があるため、回路に電力を供給するスタビライザの使用は必須です。

デバイスの操作

LC メーターメニューにはセクションも含まれています ライト, 音, メモリ。 章内 ライト LCD バックライトを有効または無効にすることができます。 章 音, サウンドのオン/オフを切り替えます。 章内 メモリ過去 10 回の測定結果を確認したり、(初心者向けに) さまざまな測定単位で得られた結果を確認したりできます。 ボタンの目的は、画面の下部にあるアイコンで説明されています。

  • (F) - 「機能」を設定メニューに移動します。
  • (M) - 測定結果をメモリに保存する「メモリ」
  • (☼ ) - 「ライト」バックライトのオン/オフ
  • (C) - 「キャリブレーション」キャリブレーション

メイン画面には条件付き測定誤差スケールが含まれており、これを監視し、必要に応じて適時に校正する必要があります。

静電容量測定

1. デバイスを静電容量測定モードに切り替えます。 キャリブレーションを実行します。 測定誤差が許容範囲内であることを確認してください。 偏差が大きい場合は、校正を繰り返してください。

2. 測定するコンデンサを端子に接続します。 測定結果が画面に表示されます。 結果をメモリに保存するには、(M) を押します。

インダクタンス測定

1. デバイスをインダクタンス測定モードに切り替えます。 端子を閉じます。 キャリブレーションを実行します。 測定誤差が許容範囲内であることを確認してください。 偏差が大きい場合は、校正を繰り返してください。

2. 測定したインダクタンスを端子に接続します。 測定結果が画面に表示されます。 結果をメモリに保存するには、(M) を押します。

メーターの動作動画

遺体として使われたのは、テレビの修理中に壮絶な死を遂げた中国人テスターだった。

コントローラーのファームウェア、Lay のボードなど、すべてのファイルはフォーラムで見つけることができます。 提供された資料 - サヴァ。 スキームの作成者 R2-D2.

LC メーターの記事について議論する

このプロジェクトは新しいものではないと確信していますが、私自身が開発したものであり、このプロジェクトがよく知られて役立つものになることを願っています。

スキーム ATmega8のLCメーターとてもシンプルです。 発振器は古典的なもので、LM311 オペアンプをベースにしています。 この LC メーターを作成するときに私が追求した主な目標は、すべてのアマチュア無線家が安価に組み立てられるようにすることでした。

静電容量および誘導計の概略図

LC メーターの特徴:

  • コンデンサの静電容量測定：1pF～0.3μF。
  • コイルインダクタンス測定：1uH～0.5mH。
  • LCD インジケーターに情報出力 選択したソフトウェアに応じて 1×6 文字または 2×16 文字

このデバイス用に、アマチュア無線家が自由に使えるインジケーター (1x16 文字の LCD ディスプレイまたは 2x16 文字のいずれか) を使用できるようにするソフトウェアを開発しました。

両方のディスプレイのテストで優れた結果が得られました。 2x16 文字表示を使用する場合、上の行には測定モード (Cap – 静電容量、Ind –) と発生器の周波数が表示され、下の行には測定結果が表示されます。 1x16 文字のディスプレイには、左側に測定結果が、右側に発電機の動作周波数が表示されます。

ただし、測定値と周波数を1行の文字に収めるために、表示解像度を下げました。 これは測定の精度にはまったく影響せず、純粋に視覚的にのみ影響します。

同じユニバーサル回路に基づく他のよく知られたオプションと同様に、LC メーターに校正ボタンを追加しました。 校正は、偏差 1% の 1000pF 基準コンデンサを使用して実行されます。

キャリブレーションボタンを押すと、次のように表示されます。

このメーターで得られる測定値は驚くほど正確で、その精度は校正ボタンを押したときに回路に挿入される標準コンデンサの精度に大きく依存します。 デバイスのキャリブレーション方法には、基準コンデンサの静電容量を測定し、その値をマイクロコントローラのメモリに自動的に記録するだけが含まれます。

正確な値がわからない場合は、最も正確なコンデンサ値が得られるまで測定値を段階的に変更してメーターを校正できます。 このようなキャリブレーションには 2 つのボタンがあり、図では「UP」と「DOWN」として指定されていることに注意してください。 これらを押すと、キャリブレーションコンデンサの静電容量を調整できます。 この値は自動的にメモリに書き込まれます。

各静電容量測定の前に、以前の測定値をリセットする必要があります。 「CAL」を押すとゼロにリセットされます。

誘導モードでリセットするには、まず入力ピンを短絡してから「CAL」を押す必要があります。

設備全体は、無線コンポーネントが自由に入手できることを考慮し、コンパクトな装置を実現するために設計されています。 ボードのサイズは LCD ディスプレイのサイズを超えません。 ディスクリート部​​品と表面実装部品の両方を使用しました。 動作電圧5Vのリレー。 水晶共振器 - 8MHz。

ACミリボルトメーター（ノードB）は、VT3トランジスタとDA4マイクロ回路で作られています。 ソースフォロワ回路に従って作成された電界効果トランジスタカスケードにより、デバイスの入力抵抗が 100MOhm に増加します。 ダイヤル メーター PA1 は、ダイオード VD3、VD4 および抵抗 R44、R45 を使用して、増幅器出力で整流ブリッジの対角に接続されています。 ミリボルトメーターのスケールは直線的であり、測定誤差は実際には使用するダイヤルメーターのクラスによって決まります。
このデバイスの設計では、合計偏差電流が 50 μA の M906 タイプのダイヤル メーターが使用されています。 スイッチ SA1 と SA2 はビスケットで、それぞれタイプ PGG - 9P6N と 3P1N です。 スイッチSA3タイプTV1-1。
抵抗器 C2-10、C-13、C2-14 は校正抵抗器として使用され、残りの抵抗器は MLT または OMLT タイプでした。 コンデンサ KT-1、KSO、MBM、K73-17、K50-6、K50-20、その他のタイプも使用可能です。 デバイスの測定精度は、校正コンデンサ、追加抵抗、校正抵抗の選択に大きく依存するため、±0.5% 以下の精度で選択する必要があります。 これらの要素を ±0.1 ～ 0.25% の精度で使用すると、測定誤差は事実上、使用するマイクロ電流計測定ヘッドの精度まで減少します。
オペアンプ K574UD1 と K140UD8 はどの文字インデックスでも使用でき、プリント基板の設計を変更することなく相互に置き換えることができます。 さらに、K574UD1 マイクロ回路の代わりに K544UD2 を使用したり、K553UD2 の代わりに K153UD2 マイクロ回路を使用したりすることもできますが、それぞれの場合において、ボードの電流伝送経路のパターンを変更する必要があります。
図に示されている種類のダイオードに加えて、ダイオード D311A、D18、D9 も使用できます。 トランジスタ KP103M は KP103 グループの任意のトランジスタと置き換えることができ、KP303V は KP303G または KP303E と置き換えることができます。 KT815 または KT817 グループの任意のトランジスタをトランジスタ VT2 として使用できます。
すべての校正および追加要素は SA1 スイッチ端子に直接はんだ付けされ、発電機およびミリボルトメータ要素は片面メタライゼーションを施したフォイルグラスファイバー製の 2 枚のプリント基板に配置されます。 ジェネレータボードでは、トランジスタ VT2 を放熱表面積 50 cm 2 のヒートシンク上に配置する必要があります。 ミリボルトメータ基板はポインタ測定ヘッドの出力端子に直接固定されています。
メーターのセットアップは、発電機の調整から始める必要があります。 正しく取り付けられ、保守可能な要素があれば、トリマー抵抗器 R26 を回転させることにより、発電機は安定した動作モードに設定されます。 オシロスコープ画面でジェネレーターのチューニングを観察し、電子周波数メーターを使用して周波数を決定すると便利です。
発生器の周波数を 159 Hz に設定するには、スイッチ SA1 を図の上部 7 つの位置のいずれかに配置し、トリミング抵抗 R21 および R22 を使用して周波数値を調整します。 コンデンサ C7、C10 および C8、C9 のペアが ±1% 以下の精度で選択された場合、15.9 kHz の周波数に同調する必要はなく、自動的に提供されます。 周波数を正確に設定する必要はなく、相互に 100 倍異なることが重要であることだけが重要であることに注意してください。 不正確な周波数設定の影響は、デバイスの校正時に簡単に補正できます。
ミリボルト計の設定は、周波数 159 Hz の 0.05 V の電圧がミリボルト計の入力に印加されたときに、調整された抵抗 R43 を使用してマイクロ電流計の針を目盛りの最後の目盛りに設定することになります。 次に、15.9 kHz の周波数で 0.05 V の電圧が入力に印加されたときのデバイスの針のたわみのコンプライアンスを確認します。 回路要素が正常に動作している場合、これは自動的に保証されるため、調整は必要ありません。
読み取りを容易にするために、微小電流計の目盛りは 100 目盛りにするか、同様の微小電流計の既製の 100 μA 微小電流計を使用し、50 μA 目盛りの代わりに取り付けてください。

PIC16F84 コントローラのデジタル LC メーター

私たちのバージョンでは、より一般的な PIC16F84(A) マイクロコントローラーとシンプルなデジタル インジケーターが使用されており、複数行の英数字 LCD モジュールよりも一桁安価であるという事実をアマチュア無線家が理解してくれることを願っています。 このデバイスは主に、HF および VHF 機器の修理と製造に携わるアマチュア無線家を対象としています。 現在、測定範囲の拡大等を進めております。

デバイス仕様:

電源電圧................................9-15 V

平均消費電流................................................9 mA

静電容量測定範囲................................0.1 pF ～ 0.1 μF

インダクタンス測定範囲......0.01μH～10mH

測定精度……………………..……..5%以下

装置の概略図（図1）

LとCを測定する原理は同じなので、静電容量を測定するプロセスを考えてみましょう。

キャリブレーション コンデンサも理想的ではないため、デバイスはその静電容量をプログラム的に調整する機能を提供します。 実際には、これは次の方法で行うことができます。工業用 LC メーターで正確に測定された、さまざまな定格のコンデンサとコイルをいくつか用意します。 次に、「Cx」測定モードの定数の値を選択して、測定されたコンデンサの静電容量がインジケーターの読み取り値と一致することを確認します。 デバイスが測定範囲全体にわたって「横たわって」いないことを確認してください。 次に、「Lx」測定モードに移動し、同様にインダクタを測定するための定数を選択します。 実際には、キャリブレーション コンデンサ KSO が 1500 pF の場合、「Cx」モードの定数は 1550、「Lx」モードの定数は 1360 になります。デバイスの精度は以下に依存するため、定数の選択は非常に慎重に行う必要があります。それ。 定数を一度選択するだけで、自動的に入力されます。閃光 コントローラーのメモリ。

開発の初期段階では、デバイスは独自の 9 ボルト バッテリーから電力を供給されることが想定されていました。 これを行うために、エネルギー節約機能が備わっています。非アクティブ状態が 4.5 分間続くと、プロセッサはトランジスタ VT1 を使用して発電機 DD2 への電源をオフにし、プロセッサ自体がモード S に入ります。睡眠 。 内蔵バッテリーを備えたデバイスを構築したい人は、この機能を高く評価するでしょう。 このモードでの消費電流は約 300 µA + Ipot です。 DD1。

デバイスのセットアップ

デバイスをセットアップするとき、コンデンサ C1 の静電容量とインダクタ L1 のインダクタンスはそれほど重要ではありません。 2 つのルールに従う必要があります。1) キャパシタンス C1 (pF) は、インダクタンス L1 (μH) の約 6 ～ 15 倍である必要があります。 2) L1C1 回路の周波数は 550 ～ 750 kHz の範囲内である必要があります。 可能であれば、図に示されている値を遵守することをお勧めします。 このパラメータはキャリブレーションを行う頻度に直接依存するため、TKE 値 (静電容量の温度係数) が低いコンデンサ C1 を使用することをお勧めします。 チョーク L1 には、良好な温度安定性と低い自己容量も必要です。 コンデンサ C2 は基準とみなされ、計算では定数として扱われるため、TKE 値も非常に小さくなるはずです。 このような目的には、非常に低い TKE 値を特徴とする KSO タイプのコンデンサが最適です (基板上のスペースがそのようなコンデンサの寸法に割り当てられるためです)。 基準コンデンサの静電容量は任意です (できれば静電容量 C1 より大きい必要があります)。 ユーザーは事前に正確な容量計で測定した後、プロセッサのフラッシュ メモリにそれを自分で入力する必要があります。 この目的のために、適切なモードが実装されています。 これは次のように有効になります。電源をオンにするとき (スイッチ「S2」)、インジケーターに次の表示が表示されるまで「Calibration」キーを押し続ける必要があります。 「○○○○PF」 ここで、ХХХХは基準コンデンサC2の静電容量(pF)です。 さらに、このモードに入るときにスイッチ S1 によって「Cx」測定モードが設定されていた場合、入力された定数は「Cx」モードの校正中にのみ使用され、「Lx」測定モードが設定されていた場合は、入力された定数が使用されます。測定モード「Lx」の校正中にのみ使用されます。 また、常時録音モードでは、定数の値をチューニングするステップをスイッチで切り替えます。「Cx」モードは「1」ステップ、「Lx」モードは「10」ステップに対応します。 。 値を 1 段階上または下に変更するには、対応するキーを使用します。 S 3 (「キャリブレーション」) および S 4 (「測定」)。 キーを押し続けると、定数の値が 1 秒あたり 5 ステップの速度で変化します。 定数をメモリに記録するには、5 秒間キーを押さないでください。その後、再校正が行われ、デバイスは通常の動作 (測定スタンバイ モード) を開始します。 また、同調コンデンサ C13 を使用してプロセッサの水晶発振器を調整することも忘れないでください。 セットアップを容易にするために、特別な表示モードが実装されており、これをアクティブにすると、すべての計算がバイパスされ、TMR 入力 (DD3 のピン 3) で実際に測定された周波数がインジケーターに表示されます。 周波数表示形式： 「○○、○○」 kHz。 ジャンパ XS1 を取り付けると有効になります。 このプロセスには、DD3 の TMR ピンに接続された周波数カウンターが必要です。 コンデンサ C13 を調整することで、インジケーターの周波数が周波数メーターの周波数と少なくとも 0.05% の精度で一致するようにする必要があります。 これでLCメーターの設定は完了です。 ユーザーが発振回路の静電容量とインダクタンスの実際の計算値を表示する必要がある場合は、次のようにして実行できます。電源を入れるときに、「測定」キーを押し続けます。 このモードでは、キャリブレーションが周期的に行われ、キーが放されるまでインジケーターに計算値が表示されます。 計算された静電容量とインダクタンスの値は、それぞれ図 2 と図 3 に示す形式で表示され、キーを放した後、再校正が行われ、デバイスは通常の動作を開始します。

デバイスの操作

基板の詳細と設計

このデバイスは、10.25 x 6.5 mm の両面基板上に作成されています。 部品実装側の基板層はコモン配線として使用されます。

このデバイスは、SMD ケース内の以下の部品を使用しており、導体側から基板にはんだ付けされています: すべての抵抗、コンデンサ C10、および VT1 エミッタと +5 V 電源バス間のジャンパ (基板の図面に示されています)値「000」の抵抗として）。 電解コンデンサは輸入品の小型品です。 DD2 チップ - DIP8 パッケージの LM311N。 筆者は国産アナログのK554CA3の使用を推奨しています。 これにより、測定の上限を高めることができる。 対応するソケットは、DIP18 ハウジングの DD3 マイクロコントローラーの下に取り付けられています。 スタビライザー DD1 - +5 V の安定化電圧を持つ小型のもの。デバイスが独自のバッテリーから電力を供給される場合は、LM2936-25 (Ipot.<1 мА) или КР1170ЕН5 (Iпот. ~1 мА). Транзистор VT1 любой "pnp" структуры с большим коэффициентом усиления. Если прибор будет питаться от внешнего блока питания, то транзистор можно не устанавливать, а вместо него запаять перемычку: между эмиттером и коллектором. Реле К1 - герконовое от импортного телефона или любое другое малогабаритное с напряжением срабатывания не более 5 В. Защитный диод VD1 любой с Iпр. макс. не менее 100 мА (1N4001, 1N4004). Модуль DD4 - десятиразрядный индикатор с последовательным вводом и контроллером управления - типа НТ1613 или НТ1611. Индикатор крепится непосредственно к плате на стойках, как показано на чертеже платы. На элементы генератора устанавливается экран размером 3 x 3 x 0,8 см (ДxШxВ), изготовленный из жести (на чертеже обозначен штриховой линией). Готовая плата устройства помещается в корпус с внутренними размерами 10,3 х 6,7 х 1,2 см (ДхШхВ).

ソフトウェア

このデバイスのプログラムは、ほぼ完全にゼロから書かれました。 コントローラーをフラッシュするためのコード (構成ビット、プログラム EEPROM、およびデータ EEPROM) は、ファイル「」にあります。LC_Prog.hex"INHX32形式。

考えられる障害

デバイスを初めて起動するときに起こり得る問題と、それらを解決するためのヒントを次に示します。

1) 電源を入れても何も動作しません:

スタビライザ DD1 の入力と出力の電圧を確認してください。故障している可能性があります。 電圧が正常な場合は、インジケーターが正しく接続されていることを再度確認してください。デバイスは動作している可能性がありますが、インジケーターに情報が表示されません。 これは次の方法で判断できます。「Calibration」キーを押すと、リレー K1 がアクティブになり、カチッという音が聞こえます。

2) インジケーターをオンにすると、理解できない情報が表示されます。

おそらく、Clk と Data インジケーターのピンが逆になっているか、電源が低すぎる可能性があります。 1.3 V ～ 1.6 V の範囲内である必要があります。すべてが正常であれば、抵抗 R9、R10 の抵抗は比例して減少するはずです。

3) オンにすると、インジケータータイマーが表示され、デバイスはキーを押しても反応しません。

原因はコントローラーにあります。 ソケットに正しく取り付けられているか確認してください。 また、プログラマーの助けを借りて、その機能とそれに組み込まれているプログラムを確認する必要があります。 コントローラは、ファイル「LC_」にあるすべてのパラメータとデータを使用して完全にプログラムする必要があります。プログレ .hex" (コンフィギュレーション ビット、プログラム EEPROM およびデータ EEPROM)。すべてが正常であれば、ZQ1 クリスタルは機能していない可能性があります。

4) キャリブレーション中、シンボルは常に表示されます 「PP」 :

原因は発電機にあります。 記号 「PP」 TMR 入力の周波数が 1 kHz 未満であることを意味します。 キャリブレーションが「Lx」測定モードで行われる場合は、「Lx」端子にジャンパを挿入し忘れている可能性があります (「デバイスの操作」セクションを参照)。 そうしないと、LC ジェネレーターが機能しません。 DD2 のピン 8 の電圧を確認します。 それが欠けている場合は、トランジスタ VT1 が故障しています。 代わりに、コレクタ端子とエミッタ端子の間にジャンパをはんだ付けします。 これで問題が解決しない場合は、電解コンデンサ C3 と C6、およびインダクタ L1 の保守性をチェックしてください。 何も解決しない場合は、コンパレータ DD2 を交換する必要がある可能性があります。

P. S. このデバイスで使用されるインジケーターの場合、視野角は電圧に直接依存します。 電圧が高くなると視野角は上に移動しますが、下からは指示値を観察できなくなります。 著者のバージョンでは、より低いインジケータ電圧 (1.35 V) が使用されています。 デバイス本体は水平（横たわった）位置で動作するように設計されており、通常は下から見られます。 インジケーターの電圧は分圧器によって設定されます R8、R11。

使用した材料:

アニキン・アレクサンダー (RA4LCH)、アニキン・ドミトリー (RW4LED)

Eメール： [メールで保護されています]

ウリヤノフスク。 2003 年 11 月

デジタルLCメータは、広範囲のインダクタンスや静電容量を測定できる、自作の便利な機器試験用メータです。 独自の測定技術に基づいたデジタルLCメーターは、驚くべき精度と組み立ての容易さを実現しています。 最新のデジタル マルチメーターの多くは、特に高価なモデルでは広い静電容量測定範囲を備えています。

これは、しばらくの間デジタル LCR メーターを使用できる専門家とは異なります。 これにより、事実上あらゆる受動部品を迅速かつ自動的に測定でき、多くの場合、その一次パラメータ (インダクタンスやキャパシタンスなど) だけでなく、1 つ以上の二次パラメータも測定できます。 ただし、これらの機器の多くは高価ですが、マイクロコントローラー技術のおかげで、この状況は過去数年間で多少変わり、現在ではデジタル機器がはるかに手頃な価格になりました。 これらには、ここで説明したデバイスだけでなく、プロ用デバイスと自家製デバイスの両方が含まれます。

デジタルLCメーターの主な特長

本文中の図にあるように、当社の新型デジタルLCメーターは非常にコンパクトです。 組み立てが簡単で、LCD ディスプレイを備え、小さな筐体に収納できます。 デジタル LC メーターの価格はそれほど高くないため、誰でも購入することができます。 このデジタル LC メーターは、手頃な価格にもかかわらず、4 桁の分解能で広範囲の静電容量 (C) とインダクタンス (L) を自動で直接デジタル測定できます。 実際、0.1 ～ 800nF の静電容量と 10 ～ 70mH のインダクタンスを測定します。 測定精度も驚くほど優れており、読み取り値の ±1% を超えています。 デジタル LC メーターは DC9V ～ 12V で動作し、平均消費電流は 20mA 未満です。 これは、ケースに内蔵された 9V バッテリーまたは外部電源から電力を供給できることを意味します。

デジタル LC メーターはどのように機能しますか?

デジタル LC メーターの優れた性能は、約 12 年前に米国ワシントン州のニール・ヘクト氏によって開発された独自の測定技術に依存しています。 これは、測定する未知のインダクタンスまたはコンデンサを接続することによって周波数が変化する広範囲のテスト発振器を使用します。

結果として生じる周波数変化はマイクロコントローラーによって測定され、コンポーネント値が計算されて LCD に直接表示されます。 したがって、この機器の重要な部分は基本的に 2 つだけです。(1) テスト ジェネレーター自体、および (2) (コンポーネントの測定の有無にかかわらず) 周波数を測定し、コンポーネントの値を計算するマイクロコントローラーです。 広い周波数範囲にわたって信頼性の高い生成を実現するために、テスト ジェネレータは正帰還を備えたアナログ コンパレータに基づいています (図を参照)。 この構成では、コンパレータの入力と出力間のゲインが非常に高いため、自然に発振する傾向があります。 最初に電源がオンになると (+5V)、コンパレータの非反転 (+) 入力は、2 つの 100k 抵抗で構成されるバイアス分圧器によって電源電圧の半分 (+2.5)V に保持されます。

ただし、反転入力の電圧は最初はゼロです。これは、この入力の 10mF コンデンサが 47k 帰還抵抗を介して充電するのに時間がかかるためです。 したがって、非反転入力が反転入力よりもはるかに正である場合、コンパレータは最初に出力信号をハイレベル（つまり、+5V）に切り替えます。 これが起こるとすぐに、反転入力の 10 mF コンデンサが 47k 抵抗を介して充電を開始し、この入力の電圧が指数関数的に増加します。 +2.5V レベルを少し上回るとすぐに、コンパレータ出力は突然 Low に切り替わります。 この低電圧は、100k のフィードバック抵抗を介してコンパレータの非反転入力にフィードバックされます。 また、10 mF の入力コンデンサを介して、インダクタ L1 とコンデンサ C1 で形成される同調回路にも接続されます。 これにより、その共振周波数で発振が起こります。

図に示すように、未知のコンポーネントはテスト端子を介して接続されます。 次に、スイッチ S1 を介して、設定された発電機回路に接続されます。 未知のコンデンサを測定する場合、S1 は位置「C」に切り替えられ、コンデンサが C1 と並列に接続されます。 あるいは、未知のインダクタンスの場合、S1 が「L」位置に切り替えられ、インダクタが L1 と直列に接続されます。 どちらの場合も、Cx または Lx の値を追加すると、発振器の周波数が新しい周波数 (F3) に変更されます。 F2 と同様に、これは常に F1 よりも低くなります。 したがって、以前と同様に F3 を測定し、スイッチ S1 の位置を監視することによって (これは、IC1 のピン 12 の C/L 接続を通じて行われます)、マイクロコントローラーは、次の式に示されている方程式の 1 つを使用して未知の成分の値を計算できます。方程式ボックスの下部 - つまり、「測定モード中」と書かれたセクションです。

これらの方程式から、マイクロコントローラーは、L1 および C1 値を計算するキャリブレーション モードと、Cx または Lx 値を計算する測定モードの両方で、非常に最大の「数値圧縮」を行っていることがわかります。 これらの各値は、高い解像度と精度で計算する必要があります。 これを実現するには、マイクロコントローラーのファームウェアで 24 ビット浮動小数点演算を使用する必要があります。

この独創的かつシンプルな測定回路は実用的な機器を作成するために使用されているため、図に示した高精度デジタル LC メーターの完全な回路図からそれがわかります。 測定発振器の中核を形成する個別のコンパレータがないため、これは予想よりもさらに単純です。 代わりに、マイクロコントローラー自体 (IC1) に組み込まれたコンパレーターを使用します。 図に示すように、マイクロコントローラー IC1 は PIC16F628A で、実際にはさまざまな方法で構成できる 2 つのアナログ コンパレーターが含まれています。 ここでは、コンパレータ 1 (CMP1) を測定発振器として使用します。 コンパレータ 2 (CMP2) は、CMP1 の出力に追加の二乗を行うためにのみ使用され、その出力は内部周波数カウント回路を駆動します。 発生器回路は、図に示されている回路と実質的に変わりません。

IC1 は、I/O ポート B (ピン 13) のライン RB7 を介してリレー RLY1 (校正コンデンサ C2 を回路に出入りさせる) を駆動することに注意してください。 ダイオード D1 は、リレーがオフになったときにマイクロコントローラーの内部回路を誘導バーストから保護するために機能します。 動作中、IC1 は、RB6 (ピン 12) を使用するときにスイッチ S1 がどの位置にあるかを決定します。 S1b が「C」位置にある場合は上昇し、S1b が「L」位置にある場合は下降します。 Quartz X1 (4 MHz) はマイクロコントローラー IC1 のクロック周波数を設定し、対応する 33 pF コンデンサーが適切なマッチングを確保して、信頼性の高いクロック発振器の起動を保証します。 マイクロコントローラ IC1 の計算結果は、標準の 2 × 16 LCD モジュールに出力されます。 これはポート ピン RB0 ～ RB5 を介して直接制御されます。 ポテンショメータ VR1 を使用すると、LCD ディスプレイの最適なコントラストを調整できます。

ディスプレイ上の周波数が正しい範囲にある場合は、値を書き留めてから電源をオフにして、ジャンパを LK1 の位置に移動します。 電源を再度オンにし、キャリブレーション後に LCD に異なる 8 桁の数字が表示されることを確認します。 これは F2 になります。つまり、 コンデンサ C2 が C1 と並列に接続されている場合の発電機の周波数。 両方のコンデンサは名目上同じ値であるため、F2 は F1 の 71% に非常に近いはずです。 これは、静電容量を 2 倍にすると周波数が 2 の平方根に等しい係数 (つまり、1/√2 = 0.707) だけ低下するためです。 F2 の測定値が F1 の 71% から遠く離れている場合は、C2 を値が C1 に近い別のコンデンサと交換する必要がある場合があります。 一方、F2 が F1 とまったく同じである場合、これはリレー RLY1 が実際には C2 をまったく切り替えていないことを示唆しています。 これは、RLY1 ピンの 1 つのはんだ接続が不良であるか、ボードに正しく取り付けられていないことが原因である可能性があります。 F1 と F2 の測定値が同等になると、デジタル LC メーターを校正して使用できるようになります。 独自の正確な校正を実行するための既知の値のコンデンサがない場合は、機器自体の自動校正 (コンデンサ C2 の精度に大きく依存します) に依存する必要があります。 この場合、LK1 から LK4 までのすべてのジャンパーを取り外し、デバイス ボードをケースに取り付けるだけです。

微調整校正デジタルLCメーター

既知の値のコンデンサがある場合 (高精度 LCR メータで測定できたため)、それを使用してデジタル LC メータの校正を簡単に微調整できます。 まずデバイスの電源を入れて実行し、次に「キャリブレーション」と「C=NN.N pF」シーケンスを実行します。 この後、1 ～ 2 分待ってゼロ ボタン (S2) を押し、LCD に正しいゼロ メッセージ (つまり「C = 0.0 pF」) が表示されることを確認します。 次に、既知の値のコンデンサをテスト端子に接続し、インジケータを観察します。 これはコンデンサの値にかなり近いはずですが、多少高いか低い場合があります。 読み取り値が低すぎる場合は、ジャンパ LK4 を背面パネルに取り付けて LCD を確認します。 PIC マイクロコントローラーがジャンパーに応じてメーターのスケール係数を調整するため、約 200 ミリ秒ごとに読み取り値が増加します。 読み取り値が正しい値に達したら、すぐにジャンパーを取り外してキャリブレーション調整を完了します。

逆に、既知のコンデンサのメーター読み取り値が高すぎる場合は、ジャンパを LK3 位置にして同じ手順に従います。 これにより、マイクロコントローラーは測定を行うたびにメーターのスケールファクターを強制的に減少させることになります。以前と同様、読み取り値が正しい値に達したらすぐにジャンパー LK3 を外すという考え方です。 これらのキャリブレーション手順から時間内にジャンパを迅速に取り外さないと、マイクロコントローラーが「過剰調整」されてしまいます。 この場合は、逆の手順を使用して読み取り値を正しい値に戻すだけです。 実際、正しいことを確認するまで、キャリブレーションを数回前後に調整する必要がある場合があります。 前述したように、PIC マイクロコントローラーは、これらのキャリブレーション手順中の各測定後にスケール ファクターを EEPROM に保存します。 つまり、キャリブレーションは 1 回だけで済みます。 また、既知の値を持つコンデンサを使用してこの方法でメーターを校正すると、インダクタンス測定についても自動的に校正されることに注意してください。 ファームウェアデジタルLCメーター用。

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