Misura induttanza con oscilloscopio

[stefanob70]

L'idea di utilizzare l'oscilloscopio e il generatore per leggere in modo approssimativo il valore dell'induttanza va bene per uso didattico.
Ma hai valutato anche il costo di uno strumento digitale molto piu' preciso?
HONEYTECH 623

[frado]

Ciao a tutti, riprendo l'argomento in quanto per un progetto che sto cercando di realizzare ho bisogno di utilizzare alcune induttanze autocostruite e quindi ho iniziato a fare qualche misura. (nb: le domande alla fine :) )
Preambolo: progetto per imparare e per passione quindi mi interessa anche “approfondire” oltre al risultato e quindi mi piace provare “con mano”.
La strumentazione usata per i test è formata da:
1) DSO 50MHz Rigol.
2) DDS TTi 10MHz (con collegamento a terra).
3) DDS FeelTech 25MHz (isolato da terra) - con alimentatore modificato in quanto l'originale ha un difetto di fabbrica e presenta notevoli “perdite”.
L'uso del FeelTech si è reso necessario in quanto una delle misure effettuate richiedeva che la massa del DDS non fosse collegata a quella del DSO (che è collegata a terra).
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Nota: le misure andrebbero effettuate ad una frequenza prossima a quella di utilizzo dell'induttore ma per il momento sto valutando i vari metodi per effettuare le misurazioni.
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Misura 1) In questo caso ho misurato la frequenza di taglio di un filtro passa alto formato da una resistenza (1K 1%) e un induttanza (schema 1). La misura è stata effettuata variando la frequenza del DDS (onda sinusoidale) fino a far si che l'ampiezza di tensione su L1 (Vpp) fosse 0,7 volte V1pp.
Detta frequenza era di 174 kHz, l'induttanza risultante calcolata è di 916 uH.
Nota: nella misura ha probabilmente un effetto la resistenza serie dell'induttanza.
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Misura 2) La misura è stata “tentata” con il medesimo circuito della “Misura 1” ma con R1=10K 1%. L'esperimento è stato abortito in quanto l'effetto dei componenti parassiti era troppo elevato.
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Misura 3) La misura è stata effettuata con il medesimo circuito della “Misura 1” ma con R1=100 ohm.
La misura è stata effettuata variando la frequenza del generatore di funzioni fino a far si che l'ampiezza di tensione su L1 (Vpp) fosse 0,7 volte V1pp.
Detta frequenza era di 17,4 kHz, l'induttanza risultante calcolata è di 916 uH, coerente con la “Misura 1”.
Nota: l'ugualianza dei risultati fa pensare che l'effetto della resistenza seriale non sia così "pesante".
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Misura 4) In questo test ho misurato la caduta di tensione su induttanza e resistenza poste in serie (schema 2); ho usato il DDS FeelTech che non ha il riferimento a massa e quindi ho potuto collegarlo in modo da poter direttamente leggere la tensione su R1 e L1. In questo modo ho portato la frequenza in modo che VL1pp == VR1pp (anche se sfasate di 90°) Tale frequenza è risultata di 160 kHz quindi leggermente differente da quella misurata precedentemente; dal calcolo abbiamo 996 uH (abbastanza diversa dai valori precedenti).
Nota: anche i questo caso potrebbe avere un ruolo la resistenza serie dell'induttanza.
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Misura 5) Questa misura si basa sull'oscillazione “libera” di un circuito RLC (schema 3 e figura 3) in cui Ri è la resistenza di uscita del generatore di onde quadre, C1 è un condensatore (nel test 10 nF 1%) ed L1 è l'induttanza da misurare. Con questo sistema la misura della frequenza (fatta non troppo vicina al punto di rilascio) è di 52.3 kHz che porta ad un'induttanza di 902 uH.
Per questo caso ho eseguito una simulazione (LTspice) con L1=902 uH e ho ottenuto una frequenza di 52 kHz; nb: nella simulazione, più ci si allontana dal punto di innesco (fronte dell'onda di ingresso) più la misura della frequenza si abbassa (passa da 52.3 a di 52.1 kHz).
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Misura 6) Il test si basa sulla misura dello sfasamento della tensione sul condensatore in un circuito RLC (schema 6), il vantaggio di questo sistema è che risente meno della resisteza serie (RL) dell'induttanza, infatti se immaginiamo l'induttanza con la sua resistenza in serie, alla frequenza di risonanza la parte LC “pura” ha impedenza virtulamente “zero” quindi la tensione in “dso_ch1” risulta in fase con il segnale sinusoidale del DDS; in questa condizione la tensione sull'induttanza “ideale” (ripulita della sua resistenza serie) e sul condensatore (che ipotizziamo con basse perdite) risultano identiche in modulo ma sfasate di 90 gradi una in anticipo e l'altra in ritardo. In particolare alla frequenza di risonanza la tensione su C1 sarà sfasata di 90 gradi rispetto al segnale del DDS. La prima misura eseguita in queste condizioni con un segnale in ingresso Vpp=8V ha portato ad una frequenza di risonanza di 48.28 kHz e quindi ad una L=1087 uH (attenzione la tensione su C1 sale a valori molto elevati, oltre i 50 Vpp).
Il problema è che ripetendo la medesima misura con tensioni di ingresso differenti si ottengono misure differenti!
Vpp = 8 Vpp, F = 48.28 kHz, L = 1087 uH.
Vpp = 3 Vpp, F = 51.11 kHz, L = 970 uH.
Vpp = 0.4 Vpp, F = 52.97 kHz, L = 903 uH.
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A cosa è dovuta questa variazione? Alla saturazione della ferrite? Dove sbaglio?

[MarcoD]

frado, hai ridato vita a un thread di cui mi ero dimenticato.

Per l'influenza della saturazione non saprei, forse 8 Vpp sono pochi per farla comparire, poi dipende dalla corrente che attraversa l'induttore e quindi reattanza e induttanza dell'induttore.
Però: se inserisci un secondo avvolgimento nel toroide ( per esempio 10 spire), avvolgimento che puoi fare percorrere da una corrente continua (del valore di qualche 100 mA), potresti mettere in evidenza il fenomento dello spostamento del punto di lavoro che influisce sulla saturazione. La saturazione dovrebbe rendere distorta la corrente, ossia la tensione ai capi della resistenza serie.

Non penso che il tuo generatore isolato da massa, lo sia effettivamente alla frequenza delle misure ( 50 kHz),
la capacità di isolamento dell'alimentazione forse non è trascurabile.
Meglio se l'uscita fosse isolata con un trasformatore di isolamento sull'uscita.
Però senza valori numerici non si può giungere a conclusioni.
La morale è che fare le misure per bene è difficoltoso..tenere in conto tutti parametri parassiti è faticoso.

Buone prove, ti lascio con più problemi di quelli che speravi di avere risolti.

[MarcoD]

Guarda qui, descrive come funziona, mi pare che dispositivi simili siano in vendita a qualche decina di Euro.

http://www.qsl.net/iz7ath/web/02_brew/2 ... ex_ita.htm

[frado]

Guarda qui, descrive come funziona, mi pare che dispositivi simili siano in vendita a qualche decina di Euro.

http://www.qsl.net/iz7ath/web/02_brew/2 ... ex_ita.htm

Ciao,
ho già qualche cosa del genre ma appunto perché è una robetta da pochi euro non mi fido più di tanto e volvo un metodo, anche se laborioso, per fare una misura basata sui "principi fondamentali", che mi permetta di valutare, alla bisogna, eventuali perdite, saturazioni, distorsioni e isteresi.
Sono partito da un vecchio libro delle superiori come spunto (oltre a qualche ricerca su internet) - ebbene sì avevo studiato queste cose ma poi sono finito a fare l'informatico - ma il libro, oltre che un po' datato (ma i principi non cambiano molto spesso :) ), era anche abbastanza "teorico" con qualche schema di principio.

Farò la prova che mi hai consiglato (spire in cc) anche se avrei dovuto notare una certa distorsione se fosse inervenuta la saturazione.

Mi piacerebbe trovare (ma esiste?) un buon libro di "laboratorio".

Grazie & Ciao.

[EcoTan]

Qualche volta mi capita di avere bisogno di una misura approssimativa di induttanza e di fattore di merito per cui, non avendo un induttanzimetro ma avendo un oscilloscopio su Personal Computer, non faccio altro che collegare un condensatore di capacità nota in parallelo all'induttanza, poi ancora in parallelo la sonda dell'oscilloscopio quindi esamino il treno di oscillazioni smorzate in "single sweep" cioè con l'oscilloscopio a memoria. Per ottenere un buon treno, facile da esaminare sia come frequenza che come smorzamento, ci vuole un po' di pazienza e di abilità sfruttando uno di due metodi per eccitare il circuito oscillante:
- fare delle scintilline con una batteria ai capi
- colpire la bobina con un magnete permanente, picchiando sul nucleo se c'è.

[frado]

frado,
Non penso che il tuo generatore isolato da massa, lo sia effettivamente alla frequenza delle misure ( 50 kHz),
la capacità di isolamento dell'alimentazione forse non è trascurabile.
Meglio se l'uscita fosse isolata con un trasformatore di isolamento sull'uscita.

Effettivamente avevo misurato a suo tempo la capacità parassita del trasformatore che ho utilizzato (uno di quelli annegati nella resina). Ho una mezza idea di dotarlo di batterie ricaricabili litio.