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再次重发!好在我有备份!测量小电感电容的LC表制作分享

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发表于 2010-1-6 22:11:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
原帖不幸,遭遇天灾!现在重新整理一下相关素材,顺便将上次未能言尽的补上一些。希望我的小制作经验能给各位坛友些许参考和帮助。
由于对高频制作有兴趣,不可避免的要碰到绕制线圈的问题,电感量的确定是比较棘手的问题之一。普通数字万用表多附带电容表,而无电感测量能力,即便稍专业的电容电感表的量程下限都不大,对于几个微亨和几个P法的测量也存在困难。查阅网络,发现这个LC表的制作非常具有实用价值,对普通的DIY朋友来说,基本可以解决上述问题,我认为,在要求不高的情况下,可以作为一常备仪器使用。
这个LC表的原始作者,应该是一国外玩家,已经出现了若干年了,国内也有相当多的玩家制作过,成功率很高。但我在实际试制过程中发现还是有很多很重要的关键点需要攻关,但相关的网络资料还是稍显凌乱,很多关键点语焉不详。也许是这只是个小制作,大侠们觉得无需深谈,也需很多制作者确实忽略了一些问题,比如1005p的调整等(毕竟原作者资料的语言非英语,可能存在理解上的难度)。所以我认为,如果照搬照抄,做出成品肯定没有问题,但付诸使用则肯定存在不足。
首先看网上流传很广的原始电路:
lc2051_sch.gif
但我觉得它可能有一些不足之处:
第一就是89C2051,好找,但不太好用,如果我没记错的话,它应该没有ISP功能,需要专用编程器,不如89S系列的方便;
第二就是1n(C2)的标准电容,原作者用的是1005p的实际容量,程序中用浮点数表示为4B 20 8A 30,但我们制作的时候不可能找到刚好1005p的1n电容,这就造成测量的误差,因此需要修改程序,但浮点计数非常复杂,不是专科的人士很难修改那几个16进制数字;
第三就是校准后零点漂移非常严重,屏蔽效果也不好,这主要是由于LM311振荡器的带载能力并不强,而单片机输入阻抗不高,负载重;
第四就是开关太多,还涉及互锁问题,用起来麻烦。
所以我针对性的做了些修改:
第一,用89S51(当然52也行)代替了89C2051,虽然体积大了点,但可以直接通过电脑ISP烧录,不用购置编程器。我用了STC的89S52,便宜(¥3.6元),而且还可用用电脑串口下载,不用折腾并口了。下图就是我用MAX232搭建的简易编程器。如果仿制的话,用两个三极管也可以代替MAX232的,网上资料丰富。
14编程器_调整大小.JPG
第二,根据原理,整个仪器的精度,并不受布线、分布电容、分布电感等的影响,只受C2的精度和稳定度的影响,所以,在程序里表明你实际选用的C2的实际容量,就非常非常重要。原作者是1005p,所以他在程序里有这么一段是标示电容量的:
未标题-3.jpg
而我们实际制作中,必须把它更改为自己实际的容量,我这次制作,使用了510P(借用比较高精度的电容表测过,509.8P)云母电容,所以,我就将这几个字段改写成为0F 30 0C 30。为什么是这几个字呢?这个算法很复杂,是浮点计数法,涉及到分段标准、二进制小数、幂运算等,我相信除了科班的人,懂得算的人并不多,别的论坛上曾有人帮别人解答如何改成1000p的字段,其实是错误的。大家要么学习一下专业知识,要么用我下面附件提供的工具进行转换,输入十进制小数,它自动输出十六进制浮点计数,反之也行:
HEX-FLORT.rar (184.04 KB, 下载次数: 4104)
我其实尝试了很多电容类型:独石、CB、CBB、瓷片(抱歉,没有NP0)等,发现对温度的稳定度都非常不理想,瓷片最离谱。最后还是用了六七十年代的老云母电容,效果真的很好。再次赞一下这些跟我年龄一样大的云母电容!
第三,零点漂移的问题,开始我怀疑是电容,后来证明是LM311带载能力太差,于是我自己在LM311和89S52之间,加入了一级74HC244做了一级缓冲,效果明显,开机1个小时后,漂移不超过0.1P。
第四,我只使用两个普通琴键开关,一个切换电容电感测量,另一个校准。
下面是我对电路的修改:
lc2051_sch.jpg
加入一级74HC244,其实用CMOS的非门缓冲也可用,我也尝试过CD4069,也还行。但我对CD4000系列不太感冒,迟延大,速度低,所以最后还选择了74HC的244。
未标题-1.jpg
开关部分需要动点脑筋,下面这张图是我更改后的双开关模式,我用的这种琴键开关是四组单刀双掷,开关1用了其中三组,开关2用两组。
未标题-2.jpg


好了,以上电路部分补充完毕,下面就是我制作的图片了,手艺比较差,跟很多资深坛友相差较远。献丑了。
下面一张是正面概览
1线路板_调整大小.JPG
下面一张是背面走线
2背面走线_调整大小.JPG
下面一张是年龄比我还大的“云母电容哥哥”的近照
3局部电容_调整大小.JPG
还有值得一提的就是两个电解,是“必须”用钽电容的,切不可用普通的铝电容。我试过,主要是漏电影响稳定性。
19钽电容_调整大小.JPG
好了,下面一张看看通电后的表现:刚刚加电,LCD的数字是乱跳的,因为没有按校准键,下面309KHz是工作频率。
4通电初始_调整大小.JPG
下面一张,按下校准键的时候,要停留几秒钟(其实这个开关2应该用不锁开关,但我用了自锁,觉得也很好用,等数字稳定了再弹开就好了)
5校正电容_调整大小.JPG
松开校准键,整个仪器就准备好了,我的开关接法是默认电容模式的,这个模式有个好处,就是直接可校准,而如果默认电感模式,有点麻烦,要先接一条0uH的短路线。下面是仪器就绪的图片:
6校正完毕_调整大小.JPG
好!测个小电容,5P,黑点(温漂比较小的一种)
8测量5P_调整大小.JPG
下面特写以下这只小电容。有点模糊(图片贴错了,不改了)
11电容特写_调整大小.JPG
再看看“大电容”,1uF,CB电容。大家可用看到,这个仪器最高也只能测到几个uF,因为这个时候频率已经下降到15Khz不到了。因为我用了2200P的振荡电容,而如果按照原作1000P的话,这个上限会高一些。所以,如果大家有条件,尽量选择1000P的振荡电容(我实在是找不到1000P的云母,只有不堪重用的1000p瓷片和CBB),这只2200p(或1000p)电容,对稳定性有很高要求,但对精度无要求。它的容量不影响测量精度,只影响测量的工作频率和测试范围。
10测试1uf_调整大小.JPG
11电容特写_调整大小.JPG
再看看测量电感的演示。这里顺便说一句,测量电感之前,要先用一条直的短路线短接测试段子(没有捷径,不要试图用一个开关代替短路线,原因很容易理解)。先测试一个标称2.4uH的色环电感:
13电感特写_调整大小.JPG
显示结果如下:
12电感测试_调整大小.JPG


好了,到这里我的小仪器就算调试完毕了,其实只要搞定几个关键点,还是很容易制作的!
下面我再跟坛友们分享以下关于我串接74HC244的专题问题。
LM311比较器接成的LC振荡器,容易起振,而且振荡范围宽,不过带载能力很弱(过重的负载会影响LC的等效电路)下面这张图,是LM311振荡器空载的时候(不接单片机)的波形图,接近方波,但上升沿稍圆,但频率还比较稳定:
15空载311_调整大小.JPG
再下面一张,是接上89S52单片机后的波形,上升沿爬升困难,波形变得比较恶劣,而且频率开始发生变化:
16带载311_调整大小.jpg

而当我串入了74HC244后,空载和带载的波形基本无变化,均为很正的方波,上下沿稍稍有点过冲的毛刺,但不影响使用,频率非常稳定。下面两张一张是空载,一张是带载:
18带载244_调整大小.jpg
17空载244_调整大小.jpg

顺便说一下啊,我对我花300多块钱买的这台二手示波器非常满意,日本利达40MHz带宽,扫描线细腻,好东西。呵呵

最后再说说这块LCD1602,网上大概10块钱一个的样子。LCD的背面,那条蓝线是背光线,背光耗电很大,12V输入,过7805后5v输出,不接背光正常,接背光电流猛增70mA,7805烫手(12-5=7,7×0.07≈0.5W),所以我串了个100欧电阻,背光暗了,但是7805不热。
20LCD1602_调整大小.JPG

接下来---实验成功,还要找盒子,找到了一个增补频道的机顶盒,大了点,空一半,在上面打孔,放置液晶屏(相机日期设置错了)
23加工窗口_调整大小.JPG

塑料开孔的技术,要由老爸代劳,下面是展翅高飞的他老爸!!!


22找个盒子_调整大小.JPG

最后大功告成!
23成品装盒_调整大小.JPG
25成品装盒_调整大小.JPG
装盒测试下:
26最终测试_调整大小.JPG
下面一张是我在电视中周骨架上绕之的线圈,为了做发射机用的,里面没有谐振电容的
27最终测试_调整大小.JPG
一个标称1mH的工字磁芯电感测试结果:
28最终测试_调整大小.JPG


写在最后:之前我发贴问过一个问题,就是在低频下测量出的电感量,在高频应用时候有没有变化,我为此特地制作了一套MC1648的振荡器,用比较精确的LC振荡算法,校验了我制作的LC表(我搭的MC1648用TL431稳压控制变容二极管做谐振电容,业余条件下算精确了)。实际证明,LC表在309KHz下测试的磁芯电感(上面那张图发射机用的0.886uH)和在35MHz下的LC槽路反推出来的电感量(0.893uH)相差不大。再一次证明只要是高频电感,低频和高频的电感量差异并不大,这个仪器可用。下面是我搭的MC1648电路:这应该是最准确的计算小电感的方式,就是太麻烦。
20091213_21dedfc71f71192baf7eKT0dA5cCCPzL.jpg
20091213_96c103fb678351f8d826b0spnTObnmB9.jpg

OK,就上这些图片了。跟大家分享一下,希望对初学者有所帮助。顺便说说,通过测试发现那种几分钱的瓷片电容(应该是CT材料)是不能用在高频的,温度特写差,吹口气都能变化好几p,而且误差大,±20%以上,加上温漂要超±30%,某些厂家的色码电感也不准确,而且统统是偏小,估计是偷工减料的问题。不过给我印象最深的是进口旧电器的拆机电感,准确度高,国内六七十年代的云母电容,真好!
PS,这个制作又容易成功,又便宜省钱,就算全新购买原件也不会超过25块钱。

好了好了,这个帖子写了一个半钟头,天灾毁了上一帖,希望这帖平安。贴图好累。呵呵,感谢大家支持。在最后把程序附上。这是我的510P版本的程序,大家要制作记得改电容的字段。
lc_v2_510p.rar (5.83 KB, 下载次数: 3474)


★ 这是论坛灾后第二次重发了。现在这个小设备工作正常,我感觉精度还是可以的。周末去书店仔细查证了一下资料,发现电感量与工作频率无关,而Q值跟工作频率有关,所以不用担心三四百kHz下测试的准确度问题。整机我是画了线路图的,在另外一台电脑上,我明天再给大家补上来。
另外,这个制作不是我的原创,论坛里面也有大侠做过,忘了是用PIC的还是ATmega的了,好像挺不错的样子。我觉得我唯一的有益补充就是添加了一级隔离缓冲,并总结了一些制作经验。实践证明,隔离的作用很大,基本上可以由实验化向实用化应用靠拢了。
★ 谢坛友抬爱,我希望本次再发帖子能平安存活下来,呵呵。


补充一下最关键的地方,修改标准电容的方法:先打开我第一个附件,运行。出现两个空白框,上面一个是10进制浮点数,下面一个是16进制的浮点数:
使用000p.jpg
可能我们大家都是实战派,不太懂得这些数据内容,不怕,我们先输入原帖1005P的对应数字:4B 20 8A 30,看看对应的浮点数是多少
使用1005p.jpg
1.00499E-9就表示1004.99P
现在我们直接改上面的数字,就可以获得下面的十六进制了,比如,我的510P:
使用510p.jpg
把0F 30 0C 30 替换原程序文件里的#后面的4B 20 8A 30就完成了修改!
再比如,您手头的电容刚刚好1000P整,那么就这么算:
使用1000p.jpg
ok了,挺简单的。

[ 本帖最后由 展翅高飞 于 2010-1-7 10:36 编辑 ]

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9

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发表于 2012-8-6 22:16:25 | 显示全部楼层
好帖,学习
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发表于 2010-1-6 23:24:20 | 显示全部楼层
第二次拜读,经验不错,父子两个都是电子爱好者,幸福!
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发表于 2010-1-6 23:39:12 | 显示全部楼层
好好学习一下。
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发表于 2010-1-6 23:50:52 | 显示全部楼层
这个建议加精,   图文并茂的
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发表于 2010-1-7 00:06:14 | 显示全部楼层
怎么不听使唤的,加不上“精”哪?
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发表于 2010-1-7 08:25:38 | 显示全部楼层
没说的,重新受惊!
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yuxinworld 该用户已被删除
发表于 2010-1-7 08:46:55 | 显示全部楼层
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
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发表于 2010-1-7 09:07:12 | 显示全部楼层
严重建议LZ出套件方便坛友,这个很实用!!!!单片机我不会!!!可惜。
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发表于 2010-1-7 09:10:03 | 显示全部楼层
LZ做点板写好程序卖给大家如何???
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 楼主| 发表于 2010-1-7 09:23:38 | 显示全部楼层

小制作献丑,谢各位支持,我会继续努力的

原帖里面发错了一张电容图片,不重要,不改了。现在再把整机电路补上,这个是我用ISISI随便画的,或许有错误。开关部分跟上面的有点不同,好像两种接法都可以,我没有仔细推敲。其实只要弄懂了原理,开关接法有很多种的。
lc.jpg

如果对单片机比较精通的朋友,我倒建议用单片机控制继电器的方法,更实用一些。
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 楼主| 发表于 2010-1-7 09:34:56 | 显示全部楼层
原帖由 山东好汉 于 2010-1-7 09:10 发表
LZ做点板写好程序卖给大家如何???



哈,我搞搞小制作自娱自乐还行,这个搞不来的。我喜欢无线电,纯属从小到大的业余爱好,现在从事的行业也与电子没关系。我玩电子纯属烧钱,提到挣钱我就有“罪恶感”哈哈。其实这也是我喜欢矿坛而不太喜欢其他某些论坛的原因,重在享受这个过程。
如果您想做这个小设备,其实不一定要学单片机的,串口的或并口的ISP编程器,就几个元件,运行一下附件的算浮点的程序,按照上面的说明用电脑的“记事本”改几个字母,用stc或者atmel的烧写软件(都是免费的)烧进去,就OK啦。不用费心学单片机的。
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发表于 2010-1-7 11:42:54 | 显示全部楼层
原帖由 展翅高飞 于 2010-1-7 09:34 发表



哈,我搞搞小制作自娱自乐还行,这个搞不来的。我喜欢无线电,纯属从小到大的业余爱好,现在从事的行业也与电子没关系。我玩电子纯属烧钱,提到挣钱我就有“罪恶感”哈哈。其实这也是我喜欢矿坛而不太喜欢其他 ...

有付出,有收入,天经地义 。非常感谢LZ的无私精神,有钱赚又何乐而不为呢?
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发表于 2010-1-7 12:24:50 | 显示全部楼层
终于又见到这个帖子了,感谢楼主,上两次只看没拷贝后悔半天,这次我要拷下来,以备不测。
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发表于 2010-1-7 13:23:35 | 显示全部楼层
有没有自己的第一个万用表是自己做的呢?我想百分之九十九的都不会是。绝大部分的爱好者都不会自己去做仪表的,因为可能不成功,也没有更高精度的仪器去校核。大家如果自己照着做了,若不成功,会浪费很多精力或元件什么的。在此问一个问题:如果有坛友具备制作这个测量小电感电容的LC表的条件,能否照楼主的思路或图纸,制作一些成品或部件,向大家销售或转让,造福有需要的爱好者,哪怕每台赚上个十圆八圆的。

[ 本帖最后由 ckey999 于 2010-1-7 13:30 编辑 ]
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发表于 2010-1-7 22:17:34 | 显示全部楼层
那个1005p改为1000p的确是有点非常规,他的程序中估计是自己编了个相关的浮点运算子程序系统,浮点数好象是自己约定的。如果用网络上常规的浮点数约定去算肯定不对。但对照一下,还是很好算出来的

感觉那个捷克人好厉害!读他的程序会有很多收获的。
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