Przystawka pomiarowa RLC do PC (LM358, ICL7660)

---

Przystawka służy do wykonywania pomiarów indukcyjności, pojemności i rezystancji elementów elektro-
nicznych. Jest podłączana do wejścia i wyjścia liniowego (lub głośnikowego) karty dźwiękowej kompute-
ra PC, która musi pracować w trybie full-duplex. Pomiary są wykonywane metodą LMS (Least Squares
Method) z częstotliwością ok. 4 Hz i typową dokładnością 1-5% (w zależności od rodzaju badanego ele-
mentu i materiału, z którego jest on wykonany). Układ jest zasilany napięciem stabilizowanym +4.5-15V,
które trafia na stabilizator LDO +3.3V (lub +2.85V) LM1117 (płytka jest przystosowana do montażu go
w obudowie TO-220 lub TO-252). Napięcie +3.3V ze stabilizatora zasila wzmacniacz operacyjny LM358,
który jednocześnie jest zasilany ujemnym napięciem -3.3V, pochodzącym ze scalonej przetwornicy ICL-
7660. Niskie napięcia zasilające mają na celu ochronę wejść karty dźwiękowej. Przystawka ma 5 zakre-
sów pomiarowych, które są zmieniane przełącznikiem obrotowym S1 (6 pozycji, 2 sekcje):

ZAKRES Rm L [H] C [F] #1  10  13u-13m  130n-1.3m #2  100  130u-130m  13n-130u #3  1k  1.3m-1.3  1.3n-13u #4  10k  13m-13  130p-1.3u #5  100k  130m-130  13p-130n

W zależności od wybranego zakresu zmienia się wartość rezystancji Rm, która ma bezpośredni wpływ na dokładność pomiarów. Dlatego rezystory R3-R7 muszą mieć tolerancję 1% lub niższą i nie mogą mieć dużej indukcyjności własnej (nadają się rezystory węglowe i metalizowane). Druga sekcja przełącznika S1 służy do wyłączania napięcia zasilającego, po ustawieniu go na najniższej pozycji. Po wlutowaniu wszy-

stkich elementów, należy ustawić przełącznik S1 na dowolny zakres i podłączyć napięcie zasilające, przy
wyjętych układach scalonych U2 i U3. Dioda LED1 powinna świecić, a napięcie na wyprowadzeniach nr
8 podstawek układów U2 i U3, powinno wynosić +3.3V. Następnie, należy włożyć przetwornicę U2 - na-
pięcie na wyprowadzeniu nr 4 podstawki układu U3, powinno wynosić -3.3V. Złącze cinch CON2, należy
podłączyć do dowolnego kanału wyjścia liniowego (Line-Out) lub głośnikowego karty dźwiękowej. Złącze
cinch CON3A, należy podłączyć do prawego, a CON3B do lewego kanału wejścia liniowego (Line-In)
karty dźwiękowej. Są do tego celu potrzebne 2 kable zakończone z jednej strony 2 wtyczkami cinch, a z
drugiej wtyczką mini-Jack stereo. Po prawidłowym podłączeniu przystawki do karty dźwiękowej, należy
otworzyć regulację głośności systemu Windows i upewnić się, że pole "Wycisz" nie jest zaznaczone dla
wejścia i wyjścia liniowego (lub głośnikowego), ich głośność jest ustawiona na maksymalny poziom, a
balans kanałów jest wycentrowany. Następnie, należy wejść do ustawień nagrywania i upewnić się, że
pole "Zaznacz" jest wybrane dla wejścia liniowego, jego głośność jest ustawiona na maksymalny pozi-
om, a balans kanałów jest wycentrowany. Po tych czynnościach można włączyć napięcie zasilania i uru-
chomić program sterujący "LMS Impedance Bridge". W dolnej części jego okna, znajduje się pole z war-

tością aktualnie ustawionej rezystancji Rm. Po każ- dej zmianie zakresu przełącznikiem S1, należy wpi- sać w nie aktualnie ustawioną wartość rezystora Rm, aby wyniki pomiarów były prawidłowe. Na początek ustawmy rezystancję Rm=10, czyli zakres #1. W tym celu można nacisnąć menu "Rm" i w nowym oknie "Rm Setting", zaznaczyć pole z odpowiednią warto- ścią (można też wpisać dowolną wartość, ale musi ona odpowiadać rzeczywistej wartości, jaką ma rezy- stor Rm na wybranym zakresie), a następnie naci- snąć przycisk "Close". Kolejnym krokiem jest usta- wienie amplitudy, jaką będzie miał sygnał pomiarowy generowany przez kartę dźwiękową. Nie może on być za słaby, ani zbyt silny. W tym celu, należy naci-

snąć menu "SigGen" i w nowym oknie "SigGen Settings", zaznaczyć pole z częstotliwością "1225 Hz",
a w polu "Output Level (0 to 1.0)" wpisać wartość 1 i nacisnąć przycisk "Close". Trzeba również upewnić
się, że balans kanałów w programie jest wycentrowany. W tym celu, należy nacisnąć menu "Calibrate"
i w nowym oknie "Calibrate LMS Bridge", sprawdzić wartość w polu "Channel Bal", która powinna wyno-
sić 1. Teraz można nacisnąć przycisk "Start2" (Continuous Capture), co spowoduje rozpoczęcie ciągłego
generowania sygnału sinusoidalnego i wykonywania pomiarów (przewody pomiarowe w gniazdach CO-
N4A i CON4B, powinny być rozwarte). Większą część okna zajmuje wirtualny oscyloskop, pokazujący
amplitudę sygnału pomiarowego (standardowo 1 działka jest równa napięciu 0.2V). Jeśli nie jest wido-
czna charakterystyczna sinusoida sygnału, to prawdopodobnie jest on za słaby lub zbyt silny. Aby usta-
wić odpowiednią jego wartość, należy regulować suwakiem głośności wyjścia liniowego (lub głośniko-
wego) i jednocześnie obserwować, czy nie pojawia się wykres amplitudy sygnału na wirtualnym oscylo-
skopie. Jeśli sygnał nadal jest zbyt silny można też zmniejszyć jego wartość w polu "Output Level (0 to
1.0)" okna "SigGen Settings", włączanego przez naciśnięcie menu "SigGen". Amplitudę sygnału, należy
ustawić na ok. 0.8V (2 działki dodatnie i 2 ujemne) tak, jak jest to pokazane na zrzucie okna programu.
Po zwarciu przewodów pomiarowych, amplituda sygnału powinna się całkowicie zmniejszyć. Po prawej
stronie w oknie programu znajduje się grupa "UNKNOWN", która zawiera różne pola z wynikami pomia-
rów: Rs - rezystancja elementu, Ls - indukcyjność cewki, to pole zmienia się automatycznie na Cs - poje-
mność, po wykryciu dołączenia kondensatora do przewodów pomiarowych.
Kolejnym krokiem jest kalibracja, która niweluje indukcyjność i pojemność montażową samej przystawki.
Jest potrzebna w zasadzie tylko przy pomiarach małych wartości pojemności/indukcyjności, rzędu kilku
(nastu) pF/uH. Polega ona na ustawieniu zakresu #1 (Rm=10), odczytaniu i zapamiętaniu wartości indu-
kcyjności (uH) z pola Ls, przy zwartych przewodach pomiarowych. Następnie na ustawieniu zakresu #5
(Rm=100k), odczytaniu i zapamiętaniu wartości pojemności (pF) z pola Cs, przy rozwartych przewodach
pomiarowych. Wartości te nie są stałe i będą zmieniać się cyklicznie (trzeba wybrać wartość średnią lub
najniższą). Następnie z menu "Tare", należy wybrać pozycję "Set Tare". W nowym oknie "Manual Tare"
w polach "C (1 to 25 pF)" i "L (0.1 to 4 uH)", wpisać zapamiętane wartości kalibracyjne, odpowiednio po-
jemności i indukcyjności, a następnie nacisnąć przycisk "Close". Po tych czynnościach można już wyko-
nywać pomiary elementów RLC.
Przystawkę zasilałem ze złącza USB komputera PC, po wykonaniu prostej przejściówki USB/DC-Jack.
Układ zmontowałem na płytce jednostronnej (2 zworki) o wymiarach 70x55 mm. Jako małą ciekawostkę
dodam, że płytkę prototypową wykonałem bez trawienia (mini wiertarką z małym frezem). Przy pomocy
tej przystawki można również mierzyć impedancję wejściową wzmacniaczy, głośników, transformatorów
oraz impedancję ujemną. Zostało to dokładnie opisane w oryginalnej dokumentacji, która razem z pro-
gramem sterującym znajduje się w archiwum. Zasadę pomiarów, konstrukcję elektryczną mostka impe-
dancyjnego oraz program sterujący dla komputera PC, opracował Dr George R. Steber (WB9LVI).

---

SPIS ELEMENTÓW:

Rezystory: R1 - 330 R2 - 10k R3 - 10/1% R4 - 100/1% R5 - 1k/1% R6 - 10k/1% R7 - 100k/1%

Kondensatory: C1 - 100u/16V C2 - 100n/16V C3 - 100n C4-C6 - 10u/10V Diody: LED1 - zielona 5 mm

Układy scalone: U1 - LM1117-3.3V         (patrz tekst) U2 - ICL7660 U3 - LM358 Przełączniki: S1 - obrotowy 6x2

Złącza: CON1 - gniazdo zasilania DC-Jack CON2, CON3A, CON3B - gniazdo typu CINCH CON4A, CON4B - gniazdo typu BANAN Inne: U2, U3 - podstawka DIP8 zwykła