¿No cuentas con un LCR en tu laboratorio? ¿Necesitas conocer los valores exactos de capacitancia, inductancia y resistencia interna?
¡Con el siguiente laboratorio podrás lograrlo!
¿Que necesitamos?
- AFG1022 Tektronix.
- TBS1102C Tektronix.
- Resistor de precisión 1K.
- Capacitores e inductores de prueba.
- 2 puntas atenuadas Tektronix.
Los medidores LCR funcionan aplicando una tensión de CA al dispositivo sometido a prueba y midiendo la corriente resultante, tanto en términos de amplitud como de fase en relación con la señal de tensión de CA. Una impedancia capacitiva tendrá una forma de onda de corriente que lidera la forma de onda de la tensión. Una impedancia inductiva tendrá una forma de onda de corriente que va por detrás de la forma de onda de la tensión. Afortunadamente, si tiene un osciloscopio y un generador de funciones en su laboratorio, puede utilizar una técnica similar para realizar mediciones de impedancia multifrecuencia con buenos resultados.
Procedimiento para un capacitor cerámico:
- Requerimos conectar y configurar nuestros elementos acorde al siguiente diagrama.
- Ajuste el generador de funciones para que emita una onda sinusoidal de 1,9 V de amplitud y 100 Hz.
- Ajuste la escala vertical del osciloscopio para utilizar la mayor parte posible de la pantalla.
- Utiliza el osciloscopio para medir sobre los nodos A1 y A2. Tu medición deberá ser muy similar a la siguiente.
- Seleccione el modo de adquisición promedio del osciloscopio y ajuste el número de promedios a 128. Esto reducirá los efectos del ruido aleatorio en sus mediciones.
- Ajuste el osciloscopio para medir la frecuencia del canal 1, la fase entre el canal 2 y el canal 1, la amplitud del canal 1 y la amplitud del canal 2.
A partir de la configuración de la medición, sabemos:
- Frecuencia de estímulo, f = 100 H.
- Resistencia de precisión, Rref = 1 kΩ.
A partir de las mediciones realizadas en el osciloscopio y mostradas en la imagen:
- Amplitud de voltaje medida en A1, VA1 = 1,929 V
- Amplitud de voltaje medida en A2, VA2 = 0,310 V
- Diferencia de fase entre la tensión medida en A2 con respecto a A1, θ = -79,95°
Observe que en el nodo A1, la tensión tiene un ángulo de fase de 0°, es decir, está en fase con la salida del generador de funciones. En A2 la tensión se adelanta en el ángulo de fase θ.
La impedancia del condensador sometido a prueba se puede hallar mediante la siguiente ecuación.
La impedancia puede expresarse en forma polar, donde la magnitud viene dada por la ecuación siguiente.
El ángulo de la impedancia es obtenido por la resta de los dos ángulos:
Para la prueba de nuestro ejemplo, podemos utilizar la ecuación 2 y la ecuación 3 para encontrar la magnitud y el ángulo de la impedancia del condensador bajo prueba:
Ahora podemos convertir a la forma rectangular de la impedancia para encontrar la resistencia y la capacitancia.
Utilizando las ecuaciones anteriores, podemos resolver la ESR y la Capacitancia del DUT:
Utilizando las ecuaciones anteriores podemos calcular la ESR y la capacitancia del condensador bajo prueba:
La siguiente tabla compara los resultados obtenidos con el osciloscopio y el generador de funciones con los resultados obtenidos con un VNA de bajo coste y un medidor de LCR tradicional. El medidor de LCR utilizado en este caso sólo admitía frecuencias de prueba de 100 Hz y 1 kHz, que son frecuencias de prueba de componentes comunes. Observará que los tres métodos se correlacionan razonablemente bien.
Los valores de los componentes pasivos se especifican teniendo en cuenta una frecuencia fija de medición, y los medidores de LCR suelen tener más de una frecuencia de prueba por este motivo. La tabla anterior muestra los resultados obtenidos con la combinación osciloscopio/generador de funciones, a cinco frecuencias diferentes. Se puede ver el efecto de la inductancia parásita en el circuito de prueba a medida que aumenta la frecuencia de prueba.
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