כיצד למדוד קבלים או משרן באמצעות נגן MP3: 9 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

להלן טכניקה פשוטה שניתן למדוד במדויק את הקיבול והשראות של קבל ומשרן ללא ציוד יקר. טכניקת המדידה מבוססת על גשר מאוזן, וניתן לבנות אותה בקלות מנגדים זולים. טכניקת מדידה זו מודדת יותר מאשר רק את ערך הקיבול, אלא גם את התנגדות הסדרה האפקטיבית של הקבל בו זמנית.

רכיבים נדרשים:

1. מעט נגדים משתנים

2. נגן MP3

3. מולטימטר

4. מחשבון כדי לחשב את הערך

שלב 1: קצת תורת רקע

כהקדמה לפרויקט, בואו ניקח מהו גשר LCR ומה צריך לעשות

אחד. אם אתה רק רוצה ליצור גשר LCR, דלג על השלבים הבאים.

כדי להבין את פעולתו של גשר LCR, יש לדבר על אופן התנהגותו של קבל, נגד ומשרן במעגל AC. הגיע הזמן לאבק את ספר הלימוד ECE101 שלך. הנגד הוא האלמנטים הקלים ביותר להבנה מחוץ לקבוצה. נגד מושלם מתנהג אותו דבר כאשר זרם DC עובר למרות הנגד כמו כאשר זרם AC עובר למרותו. הוא מספק התנגדות לזרם הזורם למרות שהוא מפזר אנרגיה בכך. הקשר הפשוט בין הזרם, המתח וההתנגדות הוא:

R = I / V

קבל מושלם לעומת זאת, הוא מכשיר אחסון אנרגיה טהור. זה לא מפיג אנרגיה שעוברת למרות זאת. במקום זאת, כאשר מתח AC מופעל על מסוף קבלים, זרימת הזרם אם כי הקבל נדרש כדי להוסיף ולהסיר שאבים מהקבל. כתוצאה מכך, הזרם הזורם למרות שהקבל אינו בפאזה בהשוואה למתח המסוף שלו. למעשה, זה תמיד 90 מעלות לפני המתח על הטרמינל שלו. הדרך הפשוטה לייצג זאת היא השימוש במספר הדמיוני (j):

V (-j) (1 / C) = אני

בדומה לקבל, המשרן הוא מכשיר לאחסון אנרגיה טהורה. כמחמאה מדויקת לקבל, המשרן משתמש בשדה מגנטי כדי לשמור על המעבר הנוכחי על פני המשרן, תוך התאמת המתח הסופי שלו בכך. לפיכך, הזרם הזורם דרך המשרן נמצא 90 מעלות לפני המתח הטרמינלי. המשוואה המייצגת את מתח ומתח הזרם על פני הטרמינל שלה היא:

V (j) (L) = אני

שלב 2: תיאוריה נוספת

לסיכום, נוכל לצייר את זרם הנגד (Ir), זרם המשרן (Ii) וזרם הקבלים (Ic) כולם על אותו תרשים וקטורי המוצג כאן.

שלב 3: תיאוריה נוספת

בעולם מושלם עם קבלים ומשרנים מושלמים, אתה מקבל מכשיר אחסון אנרגיה טהור.

עם זאת, בעולם האמיתי, שום דבר אינו מושלם. אחת מאיכות המפתח להתקן אחסון אנרגיה, אולי זה קבל, סוללה או מכשיר לאחסון משאבות, היא היעילות של התקן האחסון. כמות מסוימת של אנרגיה תמיד הולכת לאיבוד במהלך התהליך. בקבל או במשרן, זו התנגדות חיונית של המכשיר. בקבל קוראים לזה גורם הפיזור, ובמשרן קוראים לזה גורם האיכות. דרך מהירה לדגמן אובדן זה היא להוסיף התנגדות סדרה בסדרות של קבל או משרן מושלם. לפיכך, קבל בחיים האמיתיים נראה יותר כמו עמיד מושלם וקבל מושלם בסדרות.

שלב 4: גשר ויטסטון

ישנם בסך הכל ארבעה יסודות התנגדות בגשר. יש גם מקור אות ו-

מטר במרכז הגשר. האלמנט שיש לנו שליטה הוא האלמנטים ההתנגדותיים. תפקידו העיקרי של גשר ההתנגדות הוא להתאים את ההתנגדויות בגשר. כאשר גשר מאוזן, המציין שהנגד R11 תואם את R12 ו- R21 תואם את R22, הפלט במד במרכז הולך לאפס. הסיבה לכך היא שזרם זה זורם אם כי R11 זורם מתוך R12 וזרימת הזרם אם כי R21 זורמת מתוך R22. המתח בין צד שמאל של המונה לצד ימין של המונה יהיה זהה.

יופיו של הגשר הוא עכבת המקור של מקור האות והליניאריות של המונה אינה משפיעה על המדידה. גם אם יש לך מד זול שדורש הרבה זרם לביצוע המדידה (נניח, מד אנלוגי ישן מסוג מחט), הוא עדיין עושה כאן עבודה טובה כל עוד הוא מספיק רגיש כדי להגיד לך כשאין זרם. זורם למרות המונה. אם למקור האות יש עכבת פלט משמעותית, הירידה במתח היציאה הנגרמת מהזרם שעובר למרות שהגשר יש את אותה השפעה בצד שמאל של הגשר כמו בצד ימין של הגשר. התוצאה נטו מבטלת את עצמה והגשר עדיין יכול להתאים את ההתנגדות לדרגת דיוק יוצאת דופן.

קורא שומר מצוות עשוי להבחין כי הגשר יתאזן גם אם R11 שווה ל- R21 ו- R12 שווה ל- R22. זה המקרה שאנו לא הולכים לשקול כאן, ולכן לא נדון במקרה זה יותר.

שלב 5: מה דעתך על אלמנט תגובתי במקום נגדים?

בדוגמה זו, הגשר יהיה מאוזן ברגע Z11 תואם Z12. שמירה על העיצוב הפשוט, ה

הצד הימני של הגשר הורכב באמצעות נגדים. דרישה חדשה אחת היא שמקור האות חייב להיות מקור AC. המונה הנמצא בשימוש חייב להיות מסוגל לזהות זרם AC. Z11 ו- Z12 יכולים להיות כל מקור עכבה, קבל, משרן, נגד או שילוב של שלושתם.

בינתיים הכל טוב. אם קיבלת שקית של קבלים ומשרנים מכוילים לחלוטין, ניתן יהיה להשתמש בגשר כדי לברר את ערכו של המכשיר הלא ידוע. עם זאת, זה יהיה באמת זמן רב ויקר. פתרון טוב יותר מזה הוא למצוא דרך לדמות את מכשיר ההתייחסות המושלם עם איזשהו טריק. כאן נכנס לתמונה נגן ה- MP3.

זוכרים את הזרם הזורם למרות שקבל תמיד נמצא 90 מעלות לפני המתח הטרמינלי שלו? כעת, אם נוכל לתקן את המתח הטרמינאלי של המכשיר הנבדק, יהיה אפשר להפעיל זרם שהוא 90 מעלות מראש ולדמות את השפעת הקבל. לשם כך עלינו ליצור תחילה קובץ שמע המכיל שני גלי סינוס עם הפרש פאזה של 90 מעלות בין שני הגלים.

שלב 6: הכנסת מה שאנחנו יודעים לגשר

העלאת קובץ הגל הזה לנגן ה- MP3 או הפעל אותו ישירות מהמחשב, הערוץ השמאלי והימני מייצר את שני הגלים הסינוסים באותה משרעת. מנקודה זו ואילך, אני הולך להשתמש בקבל כדוגמא לשם הפשטות. עם זאת, אותו עיקרון חל גם על משרנים, למעט האות הנרגש צריך להיות בפיגור של 90 מעלות במקום זאת.

בואו נצייר תחילה את הגשר כאשר המכשיר בבדיקה מיוצג על ידי קבל מושלם בסדרה עם נגד מושלם. מקור האות מתחלק גם לשני אותות כאשר שלב האות האחד משתנה ב 90 מעלות כאשר מתייחסים לאות השני.

עכשיו, הנה החלק המפחיד. עלינו לצלול למתמטיקה המתארת את פעולתו של המעגל הזה. ראשית, נסתכל על המתח בצד ימין של המונה. כדי להפוך את העיצוב לפשוט, עדיף לבחור את הנגד בצד ימין כדי להיות שווה, כך ש- Rm = Rm והמתח ב- Vmr הוא חצי מה- Vref.

Vmr = Vref / 2

לאחר מכן, כאשר הגשר מאוזן, המתח בצד שמאל של המונה ומימין המטר יהיה שווה בדיוק, וגם השלב יתאים בדיוק. לפיכך, Vml הוא גם חצי מ- Vref. בעזרת זה נוכל לרשום:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

בואו ננסה כעת לרשום את הזרם הזורם למרות R90 ו- R0:

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

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

כמו כן, המכשיר הזורם אף הוא הנבדק הוא:

Ic = Ir0 + Ir90

כעת, נניח שהמכשיר הנבדק הוא קבל ואנו רוצים ש- Vz יוביל את Vref ב -90 מעלות, ואל

הפוך את החישוב לפשוט, אנו יכולים לנרמל את המתח של Vz ו- Vref ל- 1V. לאחר מכן נוכל לומר:

Vz = j, Vref = 1

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

Ir90 = (j - 0.5) / (R90)

ביחד:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

-j Xc + Rc = (0.5 / Ic)

כאשר Xc היא העכבה של הקיבול המושלם Cc.

כך, על ידי איזון הגשר וברר את הערך של R0 ו- R90, פשוט לחשב את הזרם הכולל באמצעות המכשיר הנבדק Ic. השתמש במשוואה הסופית שאליה הגענו, אנו יכולים לחשב את העכבה של הקיבול המושלם ואת התנגדות הסדרה. על ידי הכרת עכבת הקבלים ותדירות האות המופעל, קל לברר את הקיבול של המכשיר הנבדק על ידי:

Xc = 1 / (2 x π F C)

שלב 7: שלב מדידת ערך הקבל או ערך המשרן

1. הפעל את קובץ הגל באמצעות מחשב או נגן MP3.

2. חבר את הפלט של נגן ה- MP3 כפי שתרשים החיווט המוצג לעיל, החלף את החיבור לערוץ השמאלי והימני אם אתה מודד משרן.

3. חבר את המולטימטר והגדר את המדידה על מתח AC.

4. נגן את קליפ השמע והתאם את סיר החיתוך עד שקריאת המתח תרד למינימום. ככל שהאפס קרוב יותר, כך המדידה תהיה מדויקת יותר.

5. נתק את המכשיר הנבדק (DUT) ואת נגן ה- MP3.

6. העבר את מוביל המולטימטר ל- R90 והגדר את המדידה בהתנגדות. מדוד את הערך. 7. עשו את אותו הדבר עבור R0.

8. או חישוב ידני של ערך הקבל/המשרן, או השתמש בתסריט Octave/Matlab המצורף כדי לפתור את הערך.

שלב 8: טבלת ההתנגדות המשוערת הנדרשת עבור הנגד המשתנה לאיזון הגשר

שלב 9: תודה

תודה שקראת את ההנחיה הזו. זה היה תמלול של דף אינטרנט שכתבתי בשנת 2009