Měřič indukčnosti 1uH až 1H

Jednoduchý přípravek k docela přesnému měření i malých cívek. Výstup se připojí k čítači a podle jednoduchého vzorce se z výstupní frekvence vypočte indukčnost cívky. Ve výpočtu je samozřejmostí kompenzace parazitních indukčností a kapacit. K přesnému seřízení stačí jen ten čítač.

Princip činnosti
Je mnoho způsobů jak měřit indukčnost. Nejpřesnější jsou můstkové metody, které však mnoho velmi přesných a stálých normálů. Často je používána také jednoduchá a poměrně přesná rezonanční metoda, kdy se výsledná indukčnost odečítá z polohy ladícího kondenzátoru. Také v tomto případě je nutno přesně cejchovat normály či stupnici kondenzátoru.
Při použití číslicového měřiče kmitočtu – čítače, je přesnost měření dána jen přesností (ve většině případů) použitým krystalem, tedy velká. Ve většině případů stačí čítače, které bývají součástí multimetrů, nebo je možné použít čítač z těchto stránek (bude zde umístěn až po tomto článku).
Měřič indukčnosti (jehož schéma je na obrázku pod tímto textem) je v podstatě stabilní oscilátor s jediným kapacitním normálem (C1) pro celý rozsah měření. Pro velký použitý rozsah kmitočtů je nutno stabilizovat výstupní napětí, které by jinak vlivem špatného poměru L/C neúnosně měnilo na okrajích měřícího rozsahu.

Oscilátor tvoří tranzistory T1 a T2. Dvoustupňový zesilovač umožňuje „dvoubodové“ připojení cívky do rezonančního obvodu. Vazbu tvoří člen RC (R2, C4), zapojený mezi emitory tranzistorů. Kondenzátor C4 zvětšuje vazbu při vysokých kmitočtech, na nichž by jinak oscilátor vlivem špatného poměru L/C nepracoval. Z téhož důvodu je připojen kondenzátor C3 mezi kolektor a bázi T1; zvětšuje zpětnou vazbu při měření malých indukčností. Odpory R3 a R4 je nastaven klidový pracovní bod T1.Z kolektoru T2 je přes oddělovací kondenzátor C8 odebírána z proměnného děliče P3, R7 část střídavého napětí; usměrňuje se ve zdvojovači z diod D1, D2 a filtruje kondenzátorem C7 který společně s C6 zároveň „uzemňuje“ bázi T1 pro střídavé napětí. Usměrněné napětí je odporovým trimrem P3 nastaveno tak, že se tranzistor T1 při zvětšujícím se výstupním napětí zavírá a tím se stabilizuje amplituda výstupního napětí. Odpor R5 a trimr P1 určují pracovní bod T2. Stupeň zpětné vazby lze nastavit odporovým trimrem P2 v obvodu emitoru T2. Sinusový signál o konstantním mezivrcholovém napětí asi 2 až 3 V je přiveden na výstupní svorky přes oddělovací zesilovač – emitorový sledovač s tranzistorem T3. Kondenzátor C11 zmenšuje vnitřní odpor zdroje (pro střídavý proud). Dioda D3 chrání přístroj proti přepólování napájecího napětí, přiváděného z vnějšího zdroje. Rozhodnete-li se vybavit zařízení vlastním zdrojem, nebo alespoň stabilizátorem, jako v mém případě, nemusí se dioda osazovat. Jak jsem napájení vyřešil já je vidět na následujícím schématu. Snad bych ještě todal, že mám nad sebou několik přístrojů, jimž napájení vedu průběžně. Proto ty dva napájecí konektory (používám CINCH).

Sestavení a použité součásti
Celý přístroj je sestaven na desce s plošnými spoji o rozměrech 70 × 115 mm (obrázek dole). Já jsem desku zapojil podle originálu, jen spoje jsem dělal normální. Vzhledem k tomu, že za posledních 20 let (kdy byl originál otištěn v časopise) se součástky podstatně zmenšili, bylo by vhodné zmenšit rozteče vývodů součástek a vlastně rozměry celé desky, ale to už je na každém v vás.
Odpory a elektrolytické kondenzátory jsou klasické, blokovací a vazební kondenzátory jsou keramické. Pro dobrou činnost celého zapojení je nejdůležitější kondenzátor C1. Musí mít malou vlastní indukčnost a tepelnou závislost a naopak velké Q. V žádném případě nelze použít keramické kondenzátory. Ty totiž s teplotou značně mění svou kapacitu a (jak jsem si sám ověřil) místo měřiče indukčnosti se s ním z přístroje stane teploměr! Jeho použití je možné pouze pokud budete cívky měřit pouze orientačně (například vzhledem k typu použitého čítače). V originálním zapojení byly doporučeny slídové kondenzátory typu TC213. Já jsou použil dva slídové kondenzátory z vlastních zásob s celkovou kapacitou menší než 10nF, což vůbec nevadí; stačí trochu upravit konečný vzorec. Možná by mohli jít použít i malé MP kondenzátory.
V původním zapojení byli použity staré křemíkové tranzistory KC508, ovšem já jsem zjistil, že téměř bez změny výstupní frekvence lze použít i BC548.

Po zapájení součástek na desku s plošnými spoji zapojíme přívodní vodiče a desku upevníme do vhodné plastové krabičky (například universální KP5). Krabičku opatříme přívodními a vývodními zdířkami například podle fotografií. Indukčnost na vstupu přístroje (L1) je při konečném nastavování realizována přívodním vodičem z desky plošných spojů na vstupní svorku. Prozatím ji nahradíme přímím krátkým vodičem.

Nastavení a uvedení do provozu
V hotovém přístroji nastavíme běžce trimrů P1, P3 zhruba do středu odporové dráhy, P2 na největší odpor. Přes miliampérmetr připojíme regulovatelný zdroj napětí, které začneme postupně zvyšovat od 0V. Proud by měl pomalu stoupat a při 12 V by měl být zhruba mezi 10 až 12V, je-li vše v pořádku, můžeme začít nastavovat: Na výstup připojíme čítač a nejlépe i osciloskop na vstup libovolnou cívku (alespoň 10z). Potom otáčíme trimrem tak dlouho, až se na výstup objeví střídavé napětí (například uprostřed dráhy by zapojení mělo bezpečně kmitat). Odporovým trimrem P1 nastavíme na kolektoru T2 napětí asi 6V. Nepodaří-li se nám to, změníme hodnotu R5. Máte-li osciloskop, nastavte trimrem P3 na výstupu čistý sinusový průběh, pokud ne, připojte na vstup nějakou větší cívku tak, aby výstupní kmitočet ležel v akustickém pásmu (do 20kHz); můžeme si pomoct přidáním paralelního kondenzátoru. Poté přepneme multimetr na střídavý rozsah, odpojíme čítač a ostatní měřiče a změříme napětí před kondenzátorem C10. Přitom trimrem P3 nastavíme nejvyšší napětí. P2 a P3 se vzájemně ovlivňují, a tak je třeba nastavení několikrát pečlivě opakovat. Z vlastních zkušeností vím, že i bez použití osciloskopu je možné nechat trimry P2 a P3 nastavené na střed odporové dráhy a zapojení stejně pracuje bez problémů.
Pokud je vše v pořádku, cívku odstraníme a vstupní svorky zkratujeme nejlépe odpájením přívodních vodičů od nich a přímím zkratováním. Pokud zapojení nekmitá, odpájíme jeden přívodní vodič a do cesty mu dáme co možná nemenší cívku s tolika závity aby se zapojení bezpečně rozkmitalo. V tom případě jsem já měl například výstupní frekvenci asi 3,33MHz. Podle tohoto vzorce spočteme jakáže to vlastně byla indukčnost a parazitní kapacity: L=2,53/f² [uH; MHz]. Já jsem měl číslo zhruba 0,226, včemž jsou zahrnuty všechny parazitní elementy. Toto číslo se pak při měření malých cívek odečítá z výsledku a je tím tedy možné poměrně přesně měřit i velice malé cívky.

Například si zkuste tipnout indukčnost takovéto cívky 2,5cm dlouhého drátku:
Při měření na obyčejných přístrojích by jste asi selhaly, ale s tímhle zjistíte že indukčnost takovéhoto kusu drátu je asi 0,02 uH.

Použití přístroje
Aby se urychlil výpočet změřené indukčnosti, můžete si stáhnout DOKUMENT z MS Excel. Pokud máte poblíž počítač, stačí do kolonky dosadit změřenou frekvenci a program vám automaticky spočte výslednou indukčnost i s přihlédnutím na parazitní jevy. Před prvním použitím je nutné kliknout na okénko pro výsledek a v zobrazeném vzorci změnit dohnotu odečítající se v výsledku na svou.

Pro běžné výpočty stačí obyčejné kalkulačka. Z tohoto základného vzorce:

Se po dosazení kapacity dostane výsledný vzorec:

Od kterého je ještě třeba pokaždé odečíst změřenou parazitní indukci, takže já jsem měl takovýto konečný vzorec:

Při měření větších indukčností lze k jejích připojení použít přívodní dráty s krokodýlky. Při měření větčí civky je použití přístroje omezeno požadavkem, že měřená cívka nesmí mít reálný odpor větší než 500R, což je nutno před měřením ověřit ohmetrem. Je-li odpor větší (cívky vinuté tenkým drátem), kmitá oscilátor na jiných kmitočtech než je dáno součinem LC - začne pracovat jako multivibrátor.
Podstatou své činnosti přístroj umožňuje měřit i cívky, k nimž je připojen kondenzátor (např. MF filty 465kHz) jejich kapacita (např. 100 pF) je při měření připojena paralelně k normálové kapacitě uvnitř přístroje (10 000 pF) a zavádí tak zanedbatelnou chybu (100 pF je pouze 1 % z 10 000 pF).
Přístroj lze použít i k měření kapacity asi od 500 pF, použijeme-li cívku o známé indukčnosti a paralelně k ní připojíme měřený kondenzátor. Kapacitu pak vypočítáme ze změny kmitočtu. Z vlastní zkušenosti ale vím že použít známou indukčnost a měřit C nešlo.

Já jsem si tenhle měřič sám postavil a jsem s ním plnně spokojen. Pracoval na první zapojení a (jak jsem psal víše) bez problémů s ním měřím i velmi malé civky, které připájím přímo na vstupní svorky.
Po Vánocích sem přidám několik fotografií mého výrobku.

Klikněte na obrázky a stáhněte si verze pro tisk.

Původní zapojení bylo například v Amatérském Radiu 10/82