¿Métodos para medir la inductancia con alta precisión (1%) utilizando equipos estándar?

Question

Estoy modelando el comportamiento fino de circuitos oscilatorios que interactúan. He buscado un par de métodos para medir la inductancia. Creo que estoy siguiendo el procedimiento fielmente, pero los valores que obtengo no son tan precisos como espero. En principio es una cuestión elemental, pero lo ideal sería una precisión del 1% o menos y creo que no la estoy alcanzando con los métodos que encuentro. Tengo un osciloscopio Tektronix 1001B y un generador de señales bastante estándar.

Primero: ¿Es irreal una precisión del 1% con este equipo?

Si no, he seguido el procedimiento para medir la inductancia con una onda sinusoidal aquí: https://meettechniek.info/passive/inductance.html (También probé el método en el que se sintoniza la frecuencia hasta que la tensión del inductor es la mitad de la tensión total).

Mido a través de dos inductores en serie; como comprobación de cordura también hice ambos inductores por separado. L1 es el tipo de inductor que parece una resistencia (ver la cosa verde en la foto de abajo); Lcoil es un inductor en espiral (ver abajo). Los valores nominales son L1=220 uH y Lcoil=100 uH, así que espero un total de aproximadamente Ltot=320 uH. Todas las mediciones son con f=95kHz porque esa es la frecuencia de funcionamiento.

• R_s=100 Ohm da Ltot=290, L1=174, y Lcoil=122 (L1+Lcoil=296)
• R_s=56 Ohm da Ltot=259, L1=174, y Lcoil=98 (L1+Lcoil=272)

¿Son estas las mejores cifras que puedo esperar? El valor de la bobina cambia en más de un 20%, y el valor total varía en un ~10%. No tengo formación en electrónica, así que si hay algún principio intuitivo básico que esté pasando por alto, por favor, hágamelo saber.

Edito: añado una captura de pantalla de uno de los cálculos, que proporciona los valores de la inductancia y la resistencia del inductor.

Answer 1

El método que utilizas es muy sensible a los errores, la ESR puede ser un problema pero también determinar las relaciones exactas de tensión no es fácil.

Yo utilizaría la resonancia LC-paralela:

\$F_c=\frac 1 {2\pi\sqrt{LC}}\$

Consigue un condensador de precisión del 1% (o mejor). Si no tienes un condensador de este tipo, olvídate de todo el asunto, no conseguirás la precisión del 1%.

Utiliza un circuito como este:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Si tiene un valor aproximado de Lx, utilice la fórmula anterior para determinar la frecuencia de resonancia en combinación con el condensador preciso C_1%.

Deberías apuntar a una frecuencia que el generador de señales pueda generar fácilmente, por ejemplo 1 MHz. Ajuste la tensión de salida del generador un par de voltios, el valor exacto no importa porque queremos determinar la frecuencia de resonancia .

Varía la frecuencia del generador y en el osciloscopio vigila la señal amplitud . La frecuencia en la que la amplitud es la más grande es decir, la frecuencia de resonancia. A continuación, utilice esa frecuencia y el valor de C_1% para determinar el valor de Lx? utilizando la fórmula anterior.

Si el generador de señales no es muy preciso (si es un generador de señales analógicas) entonces medir la frecuencia utilizando su osciloscopio. Necesitas un valor de la frecuencia con una precisión superior al 0,01%, de lo contrario no podrás conseguir la precisión global del 1%. Su osciloscopio es digital, por lo que puede medir las frecuencias con suficiente precisión.

Answer 2

Sunnyskyguy esboza un método excelente. La precisión depende del error del condensador de resonancia. El otro término de error es la frecuencia: la base de tiempo controlada por cristal del Tek 1001B debería hacer que las mediciones de frecuencia sean precisas.

Merece la pena esbozar la configuración de prueba alternativa: LC en serie. Esta se puede hacer con generador de funciones + osciloscopio. El generador de funciones emite una onda sinusoidal de amplitud decente:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab
Ajuste la frecuencia del generador de funciones buscando una caída de amplitud en el osciloscopio. La profundidad de la caída da una indicación de la calidad del inductor Q. Si la onda sinusoidal de su generador de funciones tiene una baja distorsión, puede ver si las no linealidades en el inductor hacen que los armónicos sean observables en la frecuencia de caída. Los armónicos también pueden ser causados por la distorsión del generador de funciones.
\$ L={{1} \over {(2\pi f)^2 C_{test}}} \$
Este método tiene la ventaja de que la capacitancia de la sonda del osciloscopio no entra en juego. El camino desde el generador de funciones hasta el dispositivo de prueba debe ser lo más corto posible. Desde el dispositivo de prueba hasta el osciloscopio puede ser más largo (utilice una sonda 1x).
Muchos generadores de funciones tienen una resistencia de fuente interna de 50 ohmios. Si no es así, puedes colocar un atenuador de 50 ohmios para establecer una resistencia de fuente sólida de 50 ohmios. En la frecuencia de resonancia de la serie LC, se tiene un divisor de tensión entre el generador de funciones \$ R_{internal} \$ y la resistencia interna del inductor de prueba. La tensión del osciloscopio de amplitud de caída permite calcular la resistencia del inductor. Utilice el cálculo del divisor de tensión de dos resistencias para encontrarla:
\$ R_{inductor} = {50{V_{dip}} \over {V_{open-cct}- V_{dip}}} \$

Answer 3

Puede utilizar la resonancia en serie o en paralelo, dependiendo de la impedancia que elija en la resonancia y de lo que Q que esperas de cualquiera de los dos modos. Aquí 100 kHz es ~ 100 ohmios y Q de 30 dB implica 0,1 ohmios para DCR .

Esto puede ser limitado por su conductor GBW producto. 300 ohmios (1+f) / GBW = R _fuera a menos que la corriente esté limitada.

En este caso elegí una película de 10 nF debido a una ESR . Pero necesitaba un buffer con una impedancia de salida inferior a la DCR de la bobina, si quiero medir eso. La amplificación es la relación Q o impedancia de la señal.

En este caso, tanto L como DCR se encuentran clasificando la serie C y la capacitancia del bobinado propio a partir del SRF de la muesca a 1 MHz. Su kilometraje variará.

Por lo general, es conveniente probarlo en la región de frecuencias en la que se va a utilizar. A continuación, decida si desea añadir corriente de polarización de CC y acoplar la señal de CA para aislarla de su fuente de alimentación de CC.

Normalmente los medidores RLC utilizan una onda sinusoidal de corriente constante a 1 kHz hasta 1 MHz. Luego miden la tensión y la fase para calcular la RLC.