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Induttanzimetro e Capacimetro 2.0

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Induttanzimetro e Capacimetro 2.0

Messaggioda Foto UtenteTekonoris » 25 feb 2019, 8:22

Ho abbandonato il progetto 1.0 per troppi errori di calcolo e modifiche dell'ultimo momento. Ho deciso di ripartire da 0 o meglio da 1.0 :D

Specifiche:
Capacimetro da 22pF a 1000 uF (Ambizioso).
Induttanzimetro "intorno" al 1 mH (non utilizzo per il momento molte Induttanze).

Motivazione:
Sono orbo, daltonico e le scritte sui componenti non le riesco a leggere neanche con una lente! (quelle su sfondo blu poi sono le peggiori)
Il mio tester non mi aiuta, al contrario la mia compagna che mi legge sempre le sigle ... ;-)

Versione 1.0 -> 2.0
Per i Condensatori utilizzo/avo il tempo di Carica/Scarica. Poco utilizzabile/preciso(vedi dopo :D ) per C molto piccoli. (1 nF & 1M Ohm = 1 mSec in lettura analogica).
Per le Induttanze sono partito da un circuito molto semplice trovato su Internet:



Probabilmente per colpa della mia poca "capacità" manuale e intellettuale, spesso mi ritrovo con valori molto differenti o non coerenti o nulli.
Quindi i "difetti" (a parer mio) per il mio circuito sono:
1) La frequenza massima di lettura dell'Atmega è troppo bassa [1.0 settato a 8MHz oscillatore interno].
2) La presenza nel circuito di una R che determina un tempo T di fine oscillazione (circuito NON ideale).
3) La massima corrente di carica del circuito perché partendo da un "piedino" del processore è al massimo 20-25 mA.
Il punto 3 mi impedisce di aumentare la capacità del condensatore per aumentare i tempi.
Il punto 2 mi impedisce di leggere es. 1000 volte il valore e farne la media. (non verissimo se continuo a dare impulsi)

Sulla base di queste considerazioni, delle "specifiche" che mi sono imposto :D e di ricerche sul Web, ho modificato il circuito come segue (Atmega 20 MHz):



Ovviamente il circuito si è complicato non poco (e mi capita spessissimo), ma risolve i punti sopra e funziona anche da Capacimetro.
Come capacimetro funziona finché utilizzo i "multistrato", appena passo agli elettrolitici l'ESR mi "trasforma" un circuito simil LC in uno RLC e non funziona più.
L'ESR inoltre mi falserebbe la lettura della capacità.
Il 4060 (divisore) mi permette di ridurre la frequenza di ingresso nel Processore.
Possibilità di calibrare il circuito prima del test.
Q2 evita l'autooscillazione alla partenza e fino a quando non attivo D3 (non voglio stressarlo - nei test non inserito).

R9/R11/R12 mi permette di mettere in sincronia il circuito LC e portare a "Infinito" il tempo T di fine oscillazione. inoltre innalza la tensione di uscita dal LM393 in modo da ottenere un segnale trasformabile in gradino all'uscita dall 4060 (Valori in continua mutazione). Non so come calcolarli, attualmente provo/simulo :shock:
Ho utilizzato un LM393 perché il povero LM358 proprio non ce la fa :D (1.0). Il circuito "viaggia" sui 500-600 kHz.

In aggiunta inserisco una sezione per gli Elettrolitici (e non solo ;-) ) come segue:



A,B e C sono tre piedini "tristate" dell'Atmega.
Come dicevo prima, la precisione sulla lettura ora dovrebbe essere garantita dall'inserimento dell'inseguitore di tensione.
Ho letto (da poco :shock: ) che più che l'impedenza dell'ingresso analogico dell'Atmega328 il prb è l'impedenza del circuito da misurare (vecchio post ElectroYou).
Quindi se l'impedenza è maggiore di 10k, quindi I < 0,5 mA, il consensatore del Sample dell'ADC NON si carica correttamente e quindi la misura viene sfalsata.
Questo ovviamente con veloci variazioni di tensione. (1.0 -> 1M Ohm)
Farò dei test anche su questo.

Formule 1° Circuito:
f = \frac 1 {2 * \pi * \sqrt {Leq \cdot Ceq}}

Leq = \frac {Lt \cdot Lc } {Lt + Lc}

Ceq = Ct + Cc

t = \frac 1 f

Formule 2° Circuito:

Vcarica = 0,632 \cdot Vin

Tcarica = R \cdot C

Prove:
Appena iniziate, su breadboard. La fase 2 sarà saldare qualcosina ... Attualmente l'oscilloscopio "scoppietta" e l'onda non è delle più belle.
Non avendo un altro strumento per verificare il valore, confronto il risultato con il dato di targa e relativa tolleranza.

A questo punto le DOMANDE:
Ci sono errori/imprecisioni/MIGLIORIE da fare nello schema ?
Come calcolo la R11 e R12 ?
C'è un altro modo più semplice / voi da cosa partireste ?
Qualche consiglio, ad esempio per ridurre/rallentare l'oscillazione "all'origine" (circuito LC) ?
Per il momento NON riesco a leggere niente sotto il nF. Frequenza troppo alta/ballerina ? Controllo dopo saldato ?
Qualche articolo da cui posso carpire/capire ?

Scusate lo "sbrodolo" e Grazie per qualunque tipo di suggerimento (sempre ammesso che siate arrivati fino a qui a leggere :lol: ).
[n.b. 1] so di sapere molto poco di Elettronica, ma con l'occasione cerco di colmare le infinite lacune O_/
[n.b. 2 - Foto] 15 nF - D1 e piedino 7 del 4060.
[n.b. 3 - Ultimo momento]
Nella continua ricerca sul web stamani ho trovato questa variante... Mi sembra che la differenza principale sia la "centratura" del segnale di uscita dal op. Cosa ne pensate ?
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[2] Re: Induttanzimetro e Capacimetro 2.0

Messaggioda Foto UtenteTekonoris » 26 feb 2019, 9:27

Devo fare ancora delle prove, comunque ora leggo anche i 22 pF (foto) sempre su breadboard.
Lo schema è più o meno l'ultimo postato (senza R01, C1 e C2 :D ).

NON capisco a cosa servono i Condensatori.
Sembra (dalla simulazione) che l'onda sul piedino non invertente venga centrata se i condensatori sono presenti. In questo modo l'op lavora meglio ?
Qualcuno mi può spiegare a cosa servono ?

Grazie
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[3] Re: Induttanzimetro e Capacimetro 2.0

Messaggioda Foto Utentelelerelele » 26 feb 2019, 13:00

Tekonoris ha scritto:NON capisco a cosa servono i Condensatori.
(riferiti all'ingresso dell'op), servono a permettere la polarizzazione corretta dello stadio di ingresso del comparatore, sai che devi avere offset, (che senza condensatori sarebbe zero), e bias, attraverso la retroazione il comparatore si autopolarizza, dovrebbe portare all'autooscillazione. credo.

quindi leggendo i tempi risali alla frequenza e quindi ad i valori in gioco.

penso che con un ingresso fisso come questo non riuscirai a leggere valori di varie grandezze di differenza sui tuoi componenti, devi prevedere un fondo scala e quindi un circuito di ingresso adattabile con portate automatiche, (giusto per complicare un po di più la cosa).

saluti.
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[4] Re: Induttanzimetro e Capacimetro 2.0

Messaggioda Foto UtenteTekonoris » 26 feb 2019, 14:26

lelerelele ha scritto:(riferiti all'ingresso dell'op), servono a permettere la polarizzazione corretta dello stadio di ingresso del comparatore, sai che devi avere offset, (che senza condensatori sarebbe zero), e bias, attraverso la retroazione il comparatore si autopolarizza, dovrebbe portare all'autooscillazione. credo.


Non mi è molto chiara la spiegazione (ignoranza mia ovviamente :oops: - intanto mi stò documentando meglio sugli op).
L'autooscillazione già ce l'ho... Stasera provo a leggere il segnale sul non invertente dell'op con e senza C.

In teoria partendo dai dati di ieri (immagine) e seguendo le indicazioni di vari siti, mettendo in parallelo un condensatore adeguato (pensavo intorno ai 400 pF) per avere una frequenza base di oscillazione sui 800 kHz con il divisore (4060) dovrei riuscire a ottenere una discreta precisione.
Se leggo non solo la frequenza di un impulso, ma ad esempio 100 impulsi diviso il tempo dovrebbe andare bene.
Giusto ?

lelerelele ha scritto:devi prevedere un fondo scala e quindi un circuito di ingresso adattabile con portate automatiche,

Potrei mettere i condensatori (100pF, 10nF, 1uF) su un "ingresso" tristate del processore che opportunamente mando a V0 ? tipo la modifica sotto ?
Anche per ridurre la frequenza in caso di misura Induttanze (che in parallelo mi alzano la f)...



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[5] Re: Induttanzimetro e Capacimetro 2.0

Messaggioda Foto UtenteTekonoris » 26 feb 2019, 16:22

lelerelele ha scritto:(riferiti all'ingresso dell'op), servono a permettere la polarizzazione corretta dello stadio di ingresso del comparatore, sai che devi avere offset, (che senza condensatori sarebbe zero), e bias, attraverso la retroazione il comparatore si autopolarizza, dovrebbe portare all'autooscillazione. credo.


Ci ho pensato su ...
Se ho capito bene la sostanza dovrebbe essere che il condensatore e il gruppo di resistenze dietro mi centrano il segnale sulla mezzeria dell'alimentazione dell'op in modo da essere nella zona "corretta".
Verde Ingresso C1 e blu Uscita C1.
Altrimenti il segnale che nella simulazione passa da +450 a -450 mV (Ingresso C1) sarebbe fuori dal range di alimentazione dell'op (alimetato +5V / 0V).
Giusto ? o non ho capito niente come al solito ? #-o

so di essere un tormento :D
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[6] Re: Induttanzimetro e Capacimetro 2.0

Messaggioda Foto UtenteTekonoris » 27 feb 2019, 10:36

:( :( :( Visto che non mi considera nessuno è l'ultimo aggiornamento di questo post :( :( :(

I test di ieri sono andati malissimo. Con C1, C2 e R01 l'oscillazione non si innesca o comunque non rimane traccia sull'oscilloscopio...
Anche provando a innescarla manualmente, niente.

Ho provato con il simulatore stamani completandolo con resistenze (ESR, circuito non saldato, ...) e in effetti sembra che l'autooscillazione sia più compicata/sensibile rispetto allo schema senza questi componenti.
A volte parte a strappi per stabilizzarsi, molto più spesso dopo gli strappi si ferma.

Seguendo i commenti del simulatore :D farò queste prove:
1) Calerò R01 a 20k (o meno). Sembra che l'effetto si smorzi notevolmente.
2) Userò condensatori (multistrato) da 1 uF.
3) Ridurrò le resistenze del circuito saldando qualche pezzo.

A prescindere dalle prove, valuterò seriamente la versione senza quei componenti...

Se tutto tace, ciao O_/
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[7] Re: Induttanzimetro e Capacimetro 2.0

Messaggioda Foto Utentelelerelele » 1 mar 2019, 17:19

perché vuoi eliminare dei componenti senza motivo?

anzi, come ti dicevo il motivo c'è, ed è indispensabile avere quel disaccoppiamento dato dal condensatore in basso, questo deve trasferire solo il segnale, la polarizzazione se la trova da solo tramite la retroazione.

la cosa che mi piace meno è il tipo di polarizzazione sul pin +, questo valore va da 2.5 a 5V!

quindi il problema è che non ti oscilla?


perché vai a leggere il segnale per il micro, sul circuito di ingresso dell'op? questo è un comparatore, che quindi è il più indicato a generare in segnale quadro che letto in digitale (con interrupt o latch sul contatore), userai per ricostruire il valore di frequenza. no?
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[8] Re: Induttanzimetro e Capacimetro 2.0

Messaggioda Foto UtenteTekonoris » 4 mar 2019, 8:49

lelerelele ha scritto:perché vuoi eliminare dei componenti senza motivo?
...
quindi il problema è che non ti oscilla?

Esatto, non oscilla. Ho provato a cambiare i valori dei componenti, anche a "innescarlo", ma niente.

lelerelele ha scritto:la cosa che mi piace meno è il tipo di polarizzazione sul pin +, questo valore va da 2.5 a 5V!

anzi, come ti dicevo il motivo c'è, ed è indispensabile avere quel disaccoppiamento dato dal condensatore in basso, questo deve trasferire solo il segnale, la polarizzazione se la trova da solo tramite la retroazione.

Scusa, potresti spiegarmi meglio questa ?
Schema al Post4: Quello che mi era parso di capire è che R11 e R02 portano il segnale a 1/2 della Vcc
R12 pull-up dell'op per avere in uscita un'onda quadra. R01 la retroazione.
C2 se capisco bene quello che dici leva la componente continua al segnale di uscita dell'op e lascia passare solo l'oscillazione in modo da non avere anche quei Vcc/2 ?
R9 ?

lelerelele ha scritto:perché vai a leggere il segnale per il micro, sul circuito di ingresso dell'op? questo è un comparatore, che quindi è il più indicato a generare in segnale quadro che letto in digitale (con interrupt o latch sul contatore), userai per ricostruire il valore di frequenza. no?

Forse mi sono spiegato male, sbirciavo con l'oscilloscopio... Nel circuito porto l'uscita dell'op in ingresso al 4060 (divisore) e l'uscita la porto al micro per leggere la frequenza. Da questa calcolo C o L sotto test.
Il divisore è necessario visto che lavorando con un Atmega328 e non riesco a essere abbastanza velocita...
La frequenza di oscillazione base è sui 600 kHz.

:D Attualmente il circuito che stò Testando adesso è:

Il Diodo (1N4148) mi sposta il segnale verso l'alto (non ho componente negativa sull'op rispetto all'alimentazione e lavoro più centrato). La R99 mi stabilizza la corrente sul diodo e quindi la sua caduta di tensione. R11 e R9 mi determinano la V di picco-picco, le ho ridotte per aumentare il picco e poter leggere fino al 1uF.

Ovviamente se mi puoi spiegare il punto sopra o commentare l'ultimo inserito sarei felicissimo di tornare sui miei passi e fare altre 1000 prove :D
Grazie (anche a chiunque altro volesse aggiungersi :lol: )
Scusate l'ennesimo "sbrodolo"... :oops:

n.b.
VIsto che ADORO il mio oscilloscopio vi allego l'uscita dell'op (giallo) e il piedino non invertente dell'op (blu).
Primo: 470p (nessun componente sotto test), secondo 1 uF + 470p
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[9] Re: Induttanzimetro e Capacimetro 2.0

Messaggioda Foto Utentelelerelele » 4 mar 2019, 9:59

i componenti R9 ed R11 formano un partitore che genera una leggera reazione positiva, strano però che questa viene bypassata verso massa dal C1, attraverso il gruppo di oscillazione in ingresso, in effetti in teoria dovrebbe essere utile, creando la reazione di squadratura dell'uscita, in realtà potrebbe essere quello che blocca l'oscillazione.

Se il tuo circuito oscilla è gia un passo in avanti.

riguardo al diodo mi pare che questo ic abbia gli ingressi che leggono fino a massa, per cui dovrebbe essere superfluo il suo uso, (anche se non farà male).

Tekonoris ha scritto: La R99 mi stabilizza la corrente sul diodo e quindi la sua caduta di tensione. R11 e R9 mi determinano la V di picco-picco, le ho ridotte per aumentare il picco e poter leggere fino al 1uF.
a questo punto mi pare che il transitorio di commutazione, dovrebbe concorrere a generare all'autooscillazione.

bravo.


mi chiedo però perché aumentando la capacità aumenti anche la frequenza, questo è anormale, mi pare che l'oscillazione sia generata da altro che non sia il gruppo LC, hai provato a calcolarti per via analitica il valore di frequenza teorico per poi confrontarlo con il valore misurato?
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[10] Re: Induttanzimetro e Capacimetro 2.0

Messaggioda Foto UtenteTekonoris » 4 mar 2019, 10:26

lelerelele ha scritto:... creando la reazione di squadratura dell'uscita, in realtà potrebbe essere quello che blocca l'oscillazione.

Grazie per la spiegazione, ora mi sembra di aver capito :D . Se il circuito "originale" ti sembra più valido, che cosa mi consigli di provare per ottenere l'oscillazione ?
O proseguiresti sulla strada attuale con quanche modifica ?

lelerelele ha scritto:riguardo al diodo mi pare che questo ic abbia gli ingressi che leggono fino a massa, per cui dovrebbe essere superfluo il suo uso, (anche se non farà male).

E' che l'oscillazione senza diodo andava "sottozero" (post 2) con un picco negativo di -320mA...
Sempre ammesso di non dire caprate, il datasheet dice per Input Voltage:
Positive excursions of input voltage may exceed the power supply level. As long as the other voltage remains within the common-mode
range, the comparator will provide a proper output state. The low input voltage state must not be less than −0.3V (or 0.3V below the
magnitude of the negative power supply, if used).



lelerelele ha scritto:mi chiedo però perché aumentando la capacità aumenti anche la frequenza, questo è anormale, mi pare che l'oscillazione sia generata da altro che non sia il gruppo LC, hai provato a calcolarti per via analitica il valore di frequenza teorico per poi confrontarlo con il valore misurato?

SCUSATE !!! il primo è con 470p e il secondo con 1u + 470p... :roll:
Non ho ancora verificato i valori dei due componenti base (100 uH e 470pF), però i conti li ho fatti (vedi anche post 4) e più o meno ci siamo...
Dovrei avere con 470p -> 734 kHz e con 1uF +470p -> 15,9 kHz
E in generale i cambi di frequenza si leggono anche con C molto piccoli (22p).
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