Taniutka przystawka do multimetru cyfrowego umożliwiająca pomiar indukcyjności w zakresie od 5 do 500 µH, po drobnych modyfikacjach od 2 do 200 µH, a po uruchomieniu mózgu również od setek nanohenrów do setek milihenrów, według Andrzeja Janeczka (SP5AHT), przykładowa realizacja praktyczna: Marcin Perliński (SP6MAJ)
Kiedy budowałem swojego pierwszego „samorobnego” TRX-a w układzie modułowym, bazującego na znakomitym cyklu artykułów autorstwa Andrzeja Janeczka (SP5AHT), opublikowanym na łamach „Młodego Technika” w roku 1992, miałem dość poważny problem z wykonaniem w miarę „wysokodobrociowych” indukcyjności na poziomie filtra pasmowego oraz samego VFO. Nie chciałem wówczas sięgać po gotowe fabryczne dławiki osiowe, charakteryzujące się zdecydowanie zbyt niską dobrocią, dlatego postanowiłem zastosować bardziej „przyzwoite” dawne „gierkowskie” indukcyjności serii 12x28 (wzgl. 12x12), wymontowane ze znalezionego dosłownie na ulicy starego lampowo-tranzystorowego czarno-białego „Neptuna 623”. Okazało się, że nie są to karkasy tak bezproblemowe jak te starsze i większe, zalecane przez twórcę TRX-a, czyli pochodzące na przykład z odbiornika telewizyjnego „Libra”, więc uzwojenia musiałem wykonywać w dwóch warstwach, przez co moje obliczenia teoretyczne wydatnie „rozjechały się” z rzeczywistością i odbiornik nie chciał prawidłowo „wstrzelić się” w pasmo 80-metrowe (3500 – 3800 kHz). Na szczęście przypomniałem sobie o naprawdę prostej w wykonaniu przystawce do multimetru cyfrowego, dzięki której można mierzyć indukcyjności w podstawowym zakresie od 5 do 500 µH, czyli w przedziale dość potrzebnym z punktu widzenia typowego „radiowariata-lutowacza”, budującego układy krótko-, średnio- czy nawet długofalowe, a po zastosowaniu prostych tricków pomiarowych także i od setek nanohenrów do kilkuset milihenrów, czyli w zakresach VHF i np. VLF. Istnieje również możliwość zmiany zakresu pomiarowego do przedziału od 2 do 200 µH (należy zmienić scalak na inny „siostrzany” oraz zmodyfikować wartość dwóch kondensatorów). Warto przy okazji zauważyć, że wspomnianą przystaweczkę zaprojektował również SP5AHT (jej opis ukazał się w „Elektronice dla Wszystkich”, nr 6/2003, strona 23, a wersja zmodyfikowana w tymże samym miesięczniku, nr 10/2003, od strony 50).
Szybka decyzja i szybka realizacja. Zamówiłem zatem na „Allegro” groszowy układ scalony 74HC132 (współcześniejsza technologia CMOS, mniej lub bardziej naśladująca wcześniejsze komponenty TTL), zawierający w swoich „bebechach” cztery dwuwejściowe bramki NAND z wejściami na przerzutnikach Schmitta. Jest to „grzebyczek” 2x7 nóżkowy (DIL14). Zamówiłem oczywiście normalną wersję przewlekaną (THT), którą można osadzić w zwykłej podstawce o stosownej liczbie gniazd/pinów (a stosowna liczba to podstawka DIP14). Układ tenże ma zasilanie na nóżce nr 14, a masę (= 0 V, zwane potocznie „minusem”) na nóżce nr 7. Można go zasilać napięciami nie przekraczającymi 6 V (standardowe napięcie to 5 V) i nie jest on odporny na odwrotne/pomyłkowe podłączenie zasilania (= szlag go trafia).
układ scalony 74HC132
wewnętrzny układ bramek
(źródło: Fairchild Semiconductor, 1983)
schemat ideowy przystawki pomiarowej
(opracowanie: Andrzej Janeczek, źródło: EdW, 6/2003, str. 23, rys. 6)
Lista potrzebnych komponentów:
1. układ scalony 74HC132, wersja przewlekana, dla podstawowego zakresu pomiarowego od 5 do 500 µH nadaje się tylko seria HC, 1 sztuka; dla zakresu pomiarowego od 2 do 200 µH należy zaopatrzyć się w „siostrzany” układ scalony 74HCT132 (literka „T” oznacza pełną zgodność poziomu napięć ze standardem TTL; zasilanie nie może przekraczać +5V)
2. podstawka pod układ scalony, 14-nóżkowa (2x7, czyli tzw. DIP14), 1 sztuka, np. taka:
3. multimetr cyfrowy, może być najtańszy z marketu; im większa oporność wejściowa, tym lepiej, 1 sztuka
4. płytka uniwersalna (np. 5 x 7 cm) lub jej fragment, wzgl. dowolny inny kawałek „czegoś”, 1 sztuka
5. źródło zasilania wysokostabilizowanego (+5V) z jak najmniejszym poziomem tętnień, może być pięciowoltowy transformatorowy stabilizowany zasilacz sieciowy (ładowarka impulsowa do telefonu nie nadaje się); można zasilać bateryjnie (np. bateryjka dziewięciowoltowa 6F22 z dołączonym stabilizatorem 78L05); do zasilania przystawki nie można pobierać napięcia z „pokładowej” baterii umieszczonej wewnątrz multimetru
78L05: pinout oraz aplikacja
6. kondensator 47 nF, dowolny typ, choć np. MKSE (lub podobny z dielektrykiem „plastikowym”) byłby bardziej wskazany, typowe oznaczenie „473”, 1 sztuka; dla zakresu pomiarowego od 2 do 200 µH należy zaopatrzyć się w kondensator 470 nF (typowe oznaczenie „474”) i zastąpić nim kondensator 47 nF
7. kondensator 470 nF, dowolny typ, choć np. MKSE (lub podobny z dielektrykiem „plastikowym”) byłby bardziej wskazany, typowe oznaczenie „474”, 1 sztuka
8. kondensator 1 nF (= 1000 pF), w miarę możliwości z niewielką tolerancją, np. 1% lub 5% (im mniejsza tolerancja, tym lepiej), dowolnego typu, choć mikowy, mikowo-srebrowy lub styrofleksowy, najlepiej z dużą stabilnością termiczną (NP0/COG itp.), byłby najbardziej wskazany, typowe oznaczenie 102, 1 sztuka; dla zakresu pomiarowego od 2 do 200 µH należy zaopatrzyć się w kondensator 2.2 nF (typowe oznaczenie „222”) i zastąpić nim kondensator 1 nF
9. rezystor (= opornik) 220 Ω, na dowolną moc, kod barwny „czerwony – czerwony – brązowy”, 1 sztuka
10. rezystor (= opornik) 27 kΩ, na dowolną moc, zalecany rezystor o niewielkiej tolerancji, np. 1% lub 5% (im mniejsza tolerancja, tym lepiej), kod barwny „czerwony – fioletowy – pomarańczowy”, 1 sztuka
11. rezystor (= opornik) 10 kΩ, na dowolną moc, kod barwny „brązowy – czarny – pomarańczowy”, 1 sztuka
12. przewód montażowy, cyna, kalafonia, złącza ARK2 lub zwykłe „kostki” żyrandolowe itd. itp.
Nieobowiązkowe wyposażenie dodatkowe (do ewentualnej kalibracji przystawki oraz „pozazakresowych” pomiarów bardzo małych i bardzo dużych indukcyjności):
- gotowy fabryczny „kupny” dławik osiowy 10 µH (lub 15 µH) ; im lepsza/mniejsza tolerancja, tym lepiej,np. z paskowym oznaczeniem barwnym „brązowy – czarny – czarny – srebrny” (wzgl. „brązowy – zielony – czarny – srebrny”), gdzie ostatni pasek srebrny oznacza tolerancję 10% (czyli niekoniecznie najlepszą), więc lepiej, gdyby to był pasek złoty (5%) lub brązowy (1%); taki dławik może posłużyć do oszacowania uchybu pomiarowego w zakresie najniższych badanych indukcyjności (opis w dalszej części niniejszego tekstu)
- gotowy fabryczny „kupny” dławik osiowy 100 µH; im lepsza/mniejsza
tolerancja, tym lepiej, np. z paskowym oznaczeniem barwnym „brązowy –
czarny – brązowy – srebrny”, gdzie ostatni pasek srebrny oznacza
tolerancję 10% (czyli niekoniecznie najlepszą), więc lepiej, gdyby to
był pasek złoty (5%) lub brązowy (1%); taki dławik łączymy równolegle z
badaną nieznaną dużą indukcyjnością (powyżej 500 µH), aby na podstawie
odczytu na multimetrze (np. 95.65 mV) z załączonej dalej tabeli
„równoległej” dowiedzieć się, że mamy akurat do czynienia z
indukcyjnością 2200 µH (czyli 2.2 mH); niniejszy dławiczek można także
wykorzystać do pomiarów na zasadzie dołączanej indukcyjności szeregowej
(od 100 µH wzwyż dokładność przystawki jest już znacząco niezła i
porównywalna nawet z niejednym gotowym tańszym „kupnym” przyrządem
fabrycznym)
Po zmontowaniu układu według umieszczonego wcześniej schematu ideowego może powstać np. coś takiego:
pomiar fabrycznego dławika 15 µH o tolerancji 10%;
rzeczywista indukcyjność tego egzemplarza wynosi faktycznie 15.1 µH, co oznacza,
że „moja” przystawka w okolicach 15 µH ma ujemny uchyb pomiarowy o wartości około 5.5%
foto: Marcin Perliński (SP6MAJ)
Jak widać na zdjęciu powyżej jest to konstrukcja bardzo niewielka i prosta do wykonania. Podstawka pod scalak nawet nieco większa, bo akurat taką miałem pod ręką. Kilka elementów zostało umieszczonych po drugiej stronie płytki. Mierzony dławiczek został „na szybko” przylutowany do (niezbyt długich) końcówek pomiarowych (= białe kabelki), ale od biedy można również i bez lutowania przytrzymać mocno paluchami lub najbardziej fachowo posłużyć się gotowym złączem (np. samozaciskowym wyjściem głośnikowym dla sprzętu audio). Multimetr z „Kauflandu” (kupowany około roku 2016 lub 2017 za 19,99 PLN; obecnie, czyli w roku 2019, cena wynosi 21,99 PLN), ustawiony na najczulszy zakres pomiarowy (200 mV), ale dla indukcyjności od 200 µH wzwyż należy się już posłużyć zakresem 2000 mV (= 2 V).
Rozwarcie końcówek pomiarowych (bez podpinania jakichkolwiek mierzonych indukcyjności) daje nam napięcie około 2.5 V (Pan Janeczek wspomina w swojej publikacji o 2.7 V, ale u mnie akurat tyle nie chciało po prostu być, co może się wiązać ze słabą (czyli zbyt dużą) tolerancją głównie kondensatora 1 nF (użyłem najtańszego badziewia ceramicznego) oraz częściowo zależeć od indywidualnych cech (serii) danego egzemplarza scalaka. Po zwarciu końcówek napięcie powinno spaść do zera lub oscylować w jego bezpośrednim pobliżu. Obsługa przystawki jest ekstremalnie prosta: 5 mV to 5 µH, a 500 mV oznacza 500 µH (mikrohenrów).
Tak wykonana przystawka charakteryzuje się największym błędem
pomiarowym w swoim najniższym zakresie (od 5 do 10 µH), gdzie uchyb
sięga nawet do 10% (w „moim” egzemplarzu przystawki w zakresie od 5 do
10 µH akurat minus 10%), w zakresie od 15 do około 30 µH uchyb ten
wynosi około 5%, zmniejszając się coraz gwałtowniej, aby od wartości
mniej więcej 100 µH (oraz przy wyższych indukcyjnościach) osiągnąć już
pełną dokładność, co oznacza, że przekłamania raczej prawie wcale nie
występują. Sugeruję zatem, aby postarać się o rezystor 27 kΩ oraz
kondensator 1 nF o jak najmniejszej tolerancji (oraz dużej stabilności
termicznej), gdyż tylko wtedy przekłamania dla dolnych zakresów będą
naprawdę niewielkie i (raczej) całkowicie akceptowalne. Proszę również
nie zapominać, że zawsze warto podłączyć mierzoną indukcyjność na
dobrych kilka(naście) minut do przystawki, aby temperatura złącz
półprzewodnikowych, tworzących strukturę układu scalonego, mogła się w
naturalny sposób ustabilizować, co jeszcze wydatniej zwiększy dokładność
pomiaru.
Z drugiej strony sama świadomość istnienia
uchybów całkowicie wystarcza, aby poprawnie wykorzystywać niniejszą
przystaweczkę jako niezły przyrząd pomiarowy (bo jakiż to niby problem
przy mniejszych indukcyjnościach rzędu 5 czy 10 µH dodać lub odjąć sobie
w głowie te 10%; w „moim” egzemplarzu przystawki muszę akurat dodać
wspomniane 10%, co najłatwiej osiągnąć mnożąc wynik z wyświetlacza przez
1.1). Można także podłączyć indukcyjność pomocniczą 100 µH (o znacząco
„wyższej precyzji”, czyli np. o tolerancji tylko 1%), a do niej
szeregowo przytroczyć naszą mierzoną ceweczkę, aby od razu mieć niezłą
L-miarkę o (dość) wysokiej dokładności wskazań, co oznacza, że na
przykład „107.2” na wyświetlaczu multimetru (ustawionego na czulszą
„rozdziałkę” 200 mV) będzie oznaczało rzeczywistą i dość precyzyjnie
zmierzoną indukcyjność 7.2 µH.
pomiar fabrycznego dławika 100 µH o tolerancji 1%;
jak widać od mniej więcej 100 µH (oraz powyżej) właściwie
nie występuje już żaden istotny uchyb pomiarowy,
co oznacza, że taki dławik można wykorzystać jako szeregową indukcyjność pomocniczą
do całkiem precyzyjnego/wiarygodnego
pomiaru dowolnych innych ceweczek o wartościach
bardzo małych (setki nanohenrów) do około 400 µH
(patrz foto na następnej stronie)
foto: Marcin Perliński (SP6MAJ)
wysokoprecyzyjna (1%) fabryczna indukcyjność pomocnicza o wartości 100 µH,
połączona szeregowo z mierzonym (również fabrycznym)
dławikiem 15 µH (10%) daje nam sumaryczny, ale za to bardzo dokładny
odczyt indukcyjności, bo zakres pomiarowy przystawki zostaje sztucznie przesunięty
w obszar „wysokoprecyzyjny”, a więc nadzwyczaj miarodajny;
taki trick można wykorzystać do dość rzetelnego pomiaru dowolnych
innych ceweczek o wartościach bardzo małych (setki nanohenrów) do około 400 µH;
przy pomiarze bardzo małych indukcyjności (zwłaszcza poniżej 10 µH, a poniżej 1 µH tym bardziej)
warto przełączyć multimetr np. z przedziału 2000 mV do bardziej „ułamkowego” 200 mV
foto: Marcin Perliński (SP6MAJ)
Jak
widać na powyższej fotografii prosty trick pomiarowy bardzo zasadniczo
zmienił „moją” przystaweczkę w dość rozsądny i miarodajny przyrząd do
pomiaru indukcyjności. Dzięki powyższemu pomiarowi z pomocniczą
indukcyjnością szeregową okazało się, że nasz „stary znajomy” dławik
15 µH (10%) „udał się” fabryce znacznie lepiej
niż podana na jego obudowie tolerancja dziesięcioprocentowa (po
przełączeniu multimetru w „bardziej ułamkowy” przedział 200 mV
dowiedziałem się, że rzeczywista wartość wspomnianego dławika to 15.1
µH). Tak dokładny pomiar wymaga jednak pewnej dozy cierpliwości, gdyż
powyższy odczyt wyświetlacza pojawił się dopiero po kilku(nastu)
minutach od podłączenia do „naszej” przystawki, tzn. po nagrzaniu i
ustabilizowaniu się złącz półprzewodnikowych tworzących tranzystory
składowe bramek wbudowanych w układ scalony 74HC132 (jest to naturalne
zjawisko fizyczne, o którym znakomicie wiedzą
krótkofalowcy-konstruktorzy, budujący swoje moduły
generacyjne/oscylacyjne zwane VFO). Pomiar powyższy umożliwił mi także
dokonanie „kalibracji” własnego stanu wiedzy o swoim egzemplarzu
przystawki, bo niniejszym dowiedziałem się, że przy pomiarze
bezpośrednim, tzn. bez „podpinania” pomocniczej szeregowej indukcyjności
pomocniczej, w okolicach 15 µH występuje ujemny uchyb pomiarowy o
wartości około 5.5% (bo 14.3 µH x 1.055 = 15.0865 µH).
przykład pomiaru dość małej indukcyjności w postaci gotowego fabrycznego dławika 1.5 µH
(producent
„rzucił” czarnym paskiem na końcu kodu barwnego, czyli nie chciał podać
tolerancji, co oznacza, że jest ona dość znaczna ... i faktycznie –
pomiar poprzez szeregową indukcyjność pomocniczą 100 µH (1%) wykazuje
rzeczywistą wartość 1.7 µH (czyli z fabrycznym dodatnim uchybem około
15% dla tego akurat konkretnego egzemplarza dławika, co przekłada się na
przemilczaną przez producenta tolerancję aż ... 30%)
foto: Marcin Perliński (SP6MAJ)
bezpośredni pomiar fabrycznego dławika 5.6 µH (5%); nauczony doświadczeniem wynikającym
z kilkuletniego już oswojenia się z niniejszą przystaweczką oraz na podstawie licznych
pomiarów uwiarygodniających z szeregową indukcyjnością pomocniczą wiem od razu,
że w dolnym zakresie pomiarowym (w okolicach 5 µH) do widocznego na wyświetlaczu wyniku
należy dodać 10%, co przekłada się na indukcyjność rzeczywistą o wartości 5.8 µH;
początkowe zero na wyświetlaczu wynika z faktu, że multimetr znajduje się w trybie 200 mV
foto: Marcin Perliński (SP6MAJ)
Jeśli
ktoś będzie musiał zmierzyć indukcyjności przekraczające górną granicę
możliwości niniejszej przystawki, tzn. powyżej 500 µH, to wystarczy, że
znów ruszy mózgiem i wykorzysta wspomnianą indukcyjność pomocniczą 100
µH (1%) w układzie równoległym, do której, również równolegle,
przytroczy badaną nieznaną dużą ceweczkę, której wartość zamierzamy
określić.
Określenie wartości naszej „dużej”
indukcyjności realizujemy przy pomocy poniższej tabeli (w przypadku
braku dokładnie takiej samej wartości szukamy najbliższej i
ekstrapolujemy osobistym śródczaszkowym aparatem myślowym) lub też w
oparciu o „pokombinowanie sobie” np. w programie „Elektronische
Berechnungen” lub jeszcze wygodniej w naszym rodzimym sofcie o nazwie
„Asystent Elektronika 2.1” (obie te aplikacje są dla systemu Windows;
działają również w Linuksie poprzez Wine).
przykładowa „kombinowanka-próbowanka-dopasowywanka” w niemieckim
bezpłatnym programie „Elektronische Berechnungen”;
w polu „L2” wpisujemy taką wartość, aby w polu „L-Gesamt” pojawiło się to,
co widzimy na wyświetlaczu naszego multimetru (dwa miejsca po przecinku wystarczą) ...
... lub sięgamy po znacznie wygodniejszy i szybszy w działaniu nasz polski program „Asystent Elektronika” (indukcyjności równoległych nie obsługuje, ale ma przecież analogicznie obliczane rezystancje równoległe); w polu „Rezystor 2” wpisujemy taką wartość, aby pod ramką (w prawym dolnym rogu) pojawiło się dokładnie to samo, co widzimy na wyświetlaczu naszego multimetru;
osobiście polecam nasz polski kalkulator, ponieważ nie trzeba w nim
wybierać jednostek, każdorazowo mozolnie klikać na klawiszu „Berechnung”
oraz dokonywać denerwującego czyszczenia pola wynikowego
przykład pomiaru dużej indukcyjności (oczywiście z wykorzystaniem równoległej cewki pomocniczej):
32 zwoje na radzieckim/rosyjskim pierścieniowym rdzeniu ferrytowym M2000HM1-5 (17.5 x 8 x 5 mm) o liczbie AL1500 dają nam 1500 µH (co można wydedukować z „tabelki równoległej” lub wprost z programów kalkulacyjnych, wzgl. potwierdzić matematycznie --> L [µH] = liczba AL x liczba zwojów do kwadratu / 1 000, czyli 1 500 x 1 024 / 1 000 = 1 536 000 / 1000 = 1536 µH (czyli 1.536 mH)
foto: Marcin Perliński (SP6MAJ)
WARIANT PRZYSTAWKI Z ZAKRESEM POMIAROWYM OD 2 DO 200 µH
opracowanie: Andrzej Janeczek, źródło: EdW, 10/2003, str. 51, rys. 2
Tak, tak – to zasadniczo niemalże ten sam układ, który już znamy, jednakże mamy tu do czynienia z częstotliwością roboczą 20 kHz (zamiast 50 kHz), więc autor użył „siostrzanego” układu scalonego (74HCT132 zamiast 74HC132) oraz zmienił wartości C1 (z 1 nF na 2.2 nF) oraz C3 (z 47 nF na 470 nF). Tym razem napięciu 2 mV odpowiadają 2 µH, a 200 mV oznacza 200 µH. Sposób posługiwania się indukcyjnościami pomocniczymi jest taki sam jak w przypadku wersji podstawowej (5µH – 500 µH).
Kilka ogólnych porad końcowych:
1. Korzystaj z porządnego zasilacza stabilizowanego lub baterii (w tym drugim przypadku oczywiście
z odpowiednim stabilizatorem/reduktorem napięcia). Moja pierwsza próba zasilania przystawki z impulsowej ładowarki do telefonu komórkowego zakończyła się fiaskiem (mimo faktu, że była to ładowarka wysokiej jakości i bez istotnych negatywnych tętnień czy tzw. „prążków”).
2. Odwrotne podłączenie biegunów zasilania „uwala” scalaka. Kup kilka sztuk tego „grzebyka”, bardzo uważaj,a jeśli chcesz się porządnie zabezpieczyć przed beztroskim „pokićkaniem”, to zainstaluj stabilizator 78L05 poprzedzony diodą zabezpieczającą (np. 1N4007, katoda do wejścia 78L05, a anodą pobieramy energię „wpływającą” z zewnątrz do zasilacza) i „napędzaj” całość np. z baterii 9V. Przystawka pobiera około 10 mA.
3. Większość pomiarów zrobisz w układzie bezpośrednim (tzn. bez cewek pomocniczych). Z czasem nauczysz się także mierzyć wartości mniejsze niż dolny zakres (sekwencja obniżających się odczytów pojawia się na ułamek sekundy – pod uwagę bierzemy ten pierwszy „przebłysk”; szybko „wykumasz”, o co w tym wszystkim chodzi).
4. Bądź cierpliwy! Czasem warto poczekać nawet i pół godziny do momentu „nagrzania się” i ustabilizowania się wewnętrznego układu generatora wzorcowego (ta faza wymaga trwałego podpięcia mierzonej indukcyjności) .
5. Nie przejmuj się za bardzo tolerancjami i uchybami. W większości przypadków wystarczy poznanie przybliżonej wartości indukcyjności, bo w amatorskiej (i profesjonalnej) „radiokonstruktorce” niemalże wszystko i tak dostraja się później kondensatorami zmiennymi, trymerami, diodami pojemnościowymi, „rdzeniuszkami-pokręcuszkami” itd. itp.
6. W pliku archiwum skompresowanego
dodateczki-l-miareczki.rar znajdziesz materiały uzupełniające, bezpłatne programy, kalkulatory, katalogi oraz całe mnóstwo dalszych pożyteczności. Daj się mile „zaniespodziankować”! Zachęcam do skorzystania!
Życzę miłego użytkowania!
Marcin Perliński (SP6MAJ), Dzierżoniów, 20 grudnia 2019
