كيفية قياس مكثف أو محث مع مشغل MP3: 9 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

فيما يلي تقنية بسيطة يمكن استخدامها لقياس السعة والتحريض بدقة لمكثف ومحث بدون معدات باهظة الثمن. تعتمد تقنية القياس على جسر متوازن ، ويمكن بناؤها بسهولة من مقاومات غير مكلفة. تقيس تقنية القياس هذه أكثر من قيمة السعة فحسب ، بل تقيس أيضًا مقاومة السلسلة الفعالة للمكثف في نفس الوقت.

المكونات المطلوبة:

1. عدد قليل من المقاومات المتغيرة

2. مشغل MP3

3. جهاز متعدد

4. آلة حاسبة لحساب القيمة

الخطوة 1: قليل من نظرية الخلفية

كمقدمة للمشروع ، دعنا نأخذ ما هو جسر LCR وما يتطلبه الأمر

واحد. إذا كنت تريد فقط إنشاء جسر LCR ، فتخط هذه الخطوات.

لفهم عمل جسر LCR ، من الضروري التحدث عن كيفية تصرف مكثف ومقاوم ومحث في دائرة تيار متردد. حان الوقت لإزالة الغبار عن الكتاب المدرسي ECE101. المقاوم هو الأسهل لفهم العناصر خارج المجموعة. يتصرف المقاوم المثالي بالطريقة نفسها عندما يمر تيار مستمر من خلال المقاوم كما يحدث عندما يمر تيار تيار متردد على الرغم من ذلك. إنه يوفر مقاومة للتيار المتدفق على الرغم من أنه يؤدي إلى تبديد الطاقة في القيام بذلك. العلاقة البسيطة بين التيار والجهد والمقاومة هي:

R = I / V.

من ناحية أخرى ، فإن المكثف المثالي هو جهاز تخزين الطاقة النقية. لا تبدد أي طاقة تمر عبرها. بدلاً من ذلك ، نظرًا لأن جهد التيار المتردد يتم تطبيقه على طرف مكثف ، فإن التدفق الحالي على الرغم من أن المكثف مطلوب حاليًا لإضافة وإزالة chage من المكثف. نتيجة لذلك ، فإن التيار المتدفق من خلال المكثف يكون خارج الطور عند مقارنته بجهدته النهائية. في الواقع ، يكون دائمًا متقدمًا بمقدار 90 درجة عن الجهد عبر طرفه. الطريقة البسيطة لتمثيل ذلك هي استخدام الرقم التخيلي (ي):

V (-j) (1 / C) = أنا

على غرار المكثف ، يعد المحرِّض جهاز تخزين طاقة نقية. كمكمل دقيق للمكثف ، يستخدم المحرِّض المجال المغناطيسي للحفاظ على مرور التيار عبر المحرِّض ، وضبط جهده النهائي عند القيام بذلك. وبالتالي ، فإن التيار المتدفق عبر المحرِّض يتقدم بمقدار 90 درجة عن الجهد الطرفي. المعادلة التي تمثل علاقة الجهد والتيار عبر طرفها هي:

V (ي) (L) = أنا

الخطوة الثانية: المزيد من النظرية

كخلاصة ، يمكننا رسم تيار المقاوم (Ir) وتيار الحث (Ii) وتيار المكثف (Ic) كلها على نفس مخطط المتجه الموضح هنا.

الخطوة 3: المزيد من النظرية

في عالم مثالي مع مكثف ومحثات مثالية ، تحصل على جهاز تخزين طاقة خالصة.

ومع ذلك ، في العالم الحقيقي ، لا يوجد شيء مثالي. تعتبر كفاءة جهاز التخزين أحد أهم ميزات جهاز تخزين الطاقة ، قد يكون مكثفًا أو بطارية أو جهاز تخزين مضخة. دائمًا ما يتم فقد قدر من الطاقة أثناء العملية. في المكثف أو المحرِّض ، هذه مقاومة باراسيدية للجهاز. في المكثف يسمى عامل التبديد ، وفي الحث يسمى عامل الجودة. هناك طريقة سريعة لنمذجة هذه الخسارة وهي إضافة مقاومة متسلسلة في سلسلة من مكثف أو محث pefect. وبالتالي ، فإن المكثف الواقعي يشبه إلى حد كبير مقاومة مثالية ومكثف مثالي في السلسلة.

الخطوة 4: جسر ويتستون

يوجد إجمالي أربعة عناصر مقاومة في الجسر. يوجد أيضًا مصدر إشارة و

متر في وسط الجسر. العنصر الذي نسيطر عليه هو العناصر المقاومة. تتمثل الوظيفة الرئيسية للجسر المقاوم في مطابقة المقاومات في الجسر. عندما يكون الجسر متوازنًا ، مما يشير إلى أن المقاوم R11 يتطابق مع R12 و R21 يطابق R22 ، فإن الناتج على العداد في المركز يذهب إلى الصفر. هذا لأن التيار الذي يتدفق على الرغم من تدفق R11 من R12 والتدفق الحالي على الرغم من تدفق R21 من R22. سيكون الجهد بين الجانب الأيسر من المقياس والجانب الأيمن من المقياس متطابقًا بعد ذلك.

جمال الجسر هو مصدر المعاوقة لمصدر الإشارة ولا تؤثر خطية العداد على القياس. حتى إذا كان لديك عداد رخيص يأخذ الكثير من التيار لإجراء القياس (على سبيل المثال ، مقياس تناظري قديم من نوع الإبرة) ، فإنه لا يزال يقوم بعمل جيد هنا طالما أنه حساس بدرجة كافية لإخبارك بعدم وجود تيار تتدفق على الرغم من العداد. إذا كان لمصدر الإشارة مقاومة خرج كبيرة ، فإن انخفاض جهد الخرج الناجم عن مرور التيار عبر الجسر له نفس التأثير على الجانب الأيسر من الجسر مثل الجانب الأيمن من الجسر. تلغي النتيجة الصافية نفسها ولا يزال بإمكان الجسر أن يضاهي المقاومة بدرجة ملحوظة من الدقة.

قد يلاحظ القارئ الملاحظ أن الجسر سيتوازن أيضًا إذا كان R11 يساوي R21 و R12 يساوي R22. هذه هي الحالة التي لن نأخذها في الاعتبار هنا ، لذلك لن نناقش هذه الحالة أكثر.

الخطوة 5: ماذا عن العنصر التفاعلي بدلاً من المقاومات؟

في هذا المثال ، سيتم موازنة الجسر بمجرد تطابق Z11 مع Z12. الحفاظ على التصميم بسيطًا ، فإن

تم صنع الجانب الأيمن من الجسر باستخدام المقاومات. أحد المتطلبات الجديدة هو أن مصدر الإشارة يجب أن يكون مصدر تيار متردد. يجب أن يكون العداد المستخدم أيضًا قادرًا على اكتشاف تيار التيار المتردد. يمكن أن يكون Z11 و Z12 أي مصدر مقاومة أو مكثف أو محث أو مقاوم أو مزيج من الثلاثة.

حتى الان جيدة جدا. إذا حصلت على كيس من المكثفات والمحاثات التي تمت معايرتها بشكل مثالي ، فسيكون من الممكن استخدام الجسر لمعرفة قيمة الجهاز غير المعروف. ومع ذلك ، سيكون ذلك مضيعة للوقت ومكلفًا حقًا. الحل الأفضل من ، هو إيجاد طريقة لمحاكاة الجهاز المرجعي المثالي ببعض الحيلة. هذا هو المكان الذي يظهر فيه مشغل MP3 في الصورة.

هل تتذكر التيار المتدفق على الرغم من أن المكثف يسبق جهده النهائي بمقدار 90 درجة؟ الآن ، إذا تمكنا من إصلاح الجهد الطرفي للجهاز قيد الاختبار ، فسيكون من الممكن بالنسبة لنا تطبيق تيار 90 درجة مقدمًا ومحاكاة تأثير مكثف. للقيام بذلك ، يتعين علينا أولاً إنشاء ملف صوتي يحتوي على موجتين جيبيتين بفرق طور 90 درجة بين الموجتين.

الخطوة السادسة: وضع ما نعرفه في الجسر

تحميل ملف الموجة هذا في مشغل MP3 أو إعادة تشغيله مباشرة من جهاز الكمبيوتر ، تنتج القناة اليمنى واليسرى الموجتين الجيبيتين بنفس السعة. من هذه النقطة فصاعدًا ، سأستخدم المكثف كمثال من أجل البساطة. ومع ذلك ، ينطبق نفس المبدأ على المحاثات أيضًا ، باستثناء أن الإشارة المثارة يجب أن تكون متخلفة بمقدار 90 درجة بدلاً من ذلك.

دعنا أولاً نعيد رسم الجسر بجهاز قيد الاختبار ممثلاً بمكثف مثالي في سلسلة بمقاوم مثالي. يتم أيضًا تقسيم مصدر الإشارة إلى إشارتين مع إزاحة مرحلة إشارة واحدة بمقدار 90 درجة عند الإشارة إلى الإشارة الأخرى.

الآن ، ها هو الجزء المخيف. علينا الغوص في الرياضيات التي تصف عمل هذه الدائرة. أولًا ، لنلقِ نظرة على الجهد على الجانب الأيمن من المقياس. لجعل التصميم بسيطًا ، من الأفضل تحديد المقاومة على الجانب الأيمن لتكون متساوية ، لذلك Rm = Rm والجهد عند Vmr هو نصف Vref.

Vmr = Vref / 2

بعد ذلك ، عندما يكون الجسر متوازنًا ، سيكون الجهد على يسار المقياس ويمينه متساويين تمامًا ، وستتطابق أيضًا المرحلة تمامًا. وبالتالي ، فإن Vml هي أيضًا نصف Vref. بهذا يمكننا أن نكتب:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

دعنا الآن نحاول كتابة التيار المتدفق على الرغم من R90 و R0:

Ir0 = (Vref / 2) x (1 / Ro)

Ir90 = (Vz - (Vref / 2)) / (R90)

أيضًا ، التيار المتدفق من خلال الجهاز قيد الاختبار هو:

Ic = Ir0 + Ir90

الآن ، لنفترض أن الجهاز قيد الاختبار هو مكثف ونريد Vz أن يقود Vref بمقدار 90 درجة ، وإلى

اجعل الحساب بسيطًا ، يمكننا تطبيع جهد Vz و Vref إلى 1V. يمكننا بعد ذلك أن نقول:

Vz = j ، Vref = 1

Ir0 = Vref / (2 x Ro) = Ro / 2

Ir90 = (j - 0.5) / (R90)

جميعا:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

-j Xc + Rc = (0.5 / Ic)

حيث Xc هي مقاومة السعة المثالية Cc.

وبالتالي ، من خلال موازنة الجسر ومعرفة قيمة R0 و R90 ، من السهل حساب إجمالي التيار من خلال الجهاز تحت الاختبار Ic. باستخدام المعادلة الأخيرة التي توصلنا إليها ، يمكننا حساب ممانعة السعة المثالية والمقاومة المتسلسلة. من خلال معرفة مقاومة المكثف وتردد الإشارة المطبقة ، من السهل معرفة سعة الجهاز قيد الاختبار عن طريق:

Xc = 1 / (2 x π F C)

الخطوة 7: خطوة في قياس قيمة المكثف أو المحرِّض

1. قم بتشغيل ملف wave باستخدام جهاز كمبيوتر أو مشغل MP3.

2. قم بتوصيل خرج مشغل MP3 كما هو مخطط الأسلاك الموضح أعلاه ، قم بتبديل الاتصال بالقناة اليسرى واليمنى إذا كنت تقوم بقياس محث.

3. قم بتوصيل المتر المتعدد وضبط القياس على جهد التيار المتردد.

4. قم بتشغيل مقطع الصوت وضبط وعاء القطع حتى تنخفض قراءة الجهد إلى الحد الأدنى. كلما اقتربنا من الصفر ، كلما كان القياس أكثر دقة.

5. افصل الجهاز قيد الاختبار (DUT) ومشغل MP3.

6. حرك الرصاص المتعدد إلى R90 واضبط القياس على المقاومة. قم بقياس القيمة. 7. افعل الشيء نفسه مع R0.

8. قم بحساب قيمة المكثف / المحرِّض يدويًا ، أو استخدم البرنامج النصي Octave / Matlab الموفر لحل القيمة.

الخطوة 8: جدول المقاومة التقريبية المطلوبة للمقاومة المتغيرة لموازنة الجسر

الخطوة 9: شكرا لك

شكرا لك على قراءة هذه التعليمات. كان هذا نسخًا لصفحة ويب كتبتها في عام 2009