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LC-Meter
Beim Selbstbau von Tiefpässen oder Bandpässen kommt es auf eine relativ hohe Genauigkeit der verwendeten Kapazitäten und Induktivitäten an. Man kann sich nicht darauf verlassen, dass ein mit einer bestimmten Windungszahl bewickelter Ringkern eine gewünschte Induktivtät aufweist. Vielmehr ergeben sich durch die Toleranz der Permeabilität und der Abmessungen des Kerns starke Abweichungen von dem gewünschten Induktivitätswert. Das hier vorgestellte LC-Meter erlaubt bei sehr einfachem Aufbau genaue Messungen insbesondere kleiner Kapazitäten und Induktivitäten in den Bereichen zwischen 1pF-2000pF und 1uH-100uH. Für die Messungen wird neben dem LC-Messgerät ein genauer Frequenzmesser benötigt.
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Wird einem LC-Parallelkreis, dessen Resonanzfrequenz f1 beträgt, zusätzlich eine unbekannte Kapazität parallel geschalten, dann ergibt sich eine verringerte Resonanzfrequenz f2 < f1. Wird dem Kreis zusätzlich eine unbekannte Induktivität parallel geschalten, dann erhöht sich die Resonanzfrequenz auf f2 > f1. Wird der Kreisinduktivität zusätzlich eine unbekannte Induktivität in Reihe geschalten, dann stellt sich eine niedrigere Resonanzfrequenz f2 < f1 ein. Aus den Resonanzfrequenzänderungen |f1-f2| beim Parallelschalten eines bekannten Kalibrierkondensators und beim Zuschalten der unbekannten Kapazität bzw. Induktivität lässt sich der Wert der unbekannten Kapazität bzw. Induktivität errechnen. Ein nach diesem Verfahren arbeitendes LC-Messgerät hat K6OLG beschrieben (Bill Carver, "The LC Tester", Communications Quarterly, Winter 1993, S. 19-27).
Ableitungen der verwendeten Formeln habe ich in einem Arbeitsblatt zusammengefasst (ca. 89 kB): [lcmeter_theorie.pdf]
Das Rechnen geht schnell, wenn man ein Tabellenkalkulationsprogramm zur Hilfe nimmt (ca. 25 kB): [lcmeter_rechner.xls]
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Ich verwende bei meinem LC-Meter einen 1 MHz-Colpitts-Oszillator nach W7ZOI (W. Hayward, R. Campbell, B. Larkin; "Experimantal Methods in RF Design"; S. 7.12). Als Kalibrierkondensator dient ein 1 nF-Folienkondensator, dessen Kapazität mit einem hochgenauen Industriemessgerät bestimmt wurde. Es wäre möglich, einen Kalibrierkondensator zu verwenden, der mit einer Genauigkeit von 1% oder besser 0,5% gefertigt wurde. Vorausgesetzt der Frequenzmesser ist genau, hängt die Genauigkeit der L-C-Messungen wesentlich von der Genauigkeit des Kapazitätswertes des Kalibrierkondensators ab.
Einen Stromlaufplan findet ihr hier (ca. 92 kB): [lcmeter_schaltung.pdf]
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Das LC-Meter wurde in ein Aluminiumdruckgussgehäuse (Hammond 1590BB) eingebaut. Auf dem Deckel des Gehäuses sind drei Messbuchsen angeordnet. Die Schaltung befindet sich auf einer Platine, die auf der Deckelunterseite direkt an den Gewindestiften der Messbuchsen befestigt ist. Die Schaltung wurde als Mischung aus Inseltechnik und "Ugly Construction" realisiert. Bu2 und Bu3 befinden sich auf Inseln, die mit einem 2mm-Kugelfräser von Hand erzeugt wurden. Diese Bauweise erlaubt es, die Resonanzkreisleitungen kurz zu halten. Die Prüflinge können direkt an die Messbuchsen geklemmt werden. Wie K6OLG verwende ich für den Kalibrierkondensator und für die Prüflinge jeweils einen Adapter mit Steckern im Abstand der Messbuchsen.
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20 Jahre nach der Veröffentlichung des oben beschriebenen LC-Meters sind heute LC-Meter erschwinglich, die für eine komfortable Berechnung und Anzeige der Messwerte
mit Mikrorechner und LCD-Modul bestückt sind. Im Januar 2013 hatte ich mir einen LC-Meter-Bausatz von ASCEL ELECTRONIC bestellt. Das AE20204 ist ein solides Gerät.
Die Schaltung umfasst einen Sinus-Oszillator mit einem Komparator LM311N für eine Messfrequenz im Bereich zwischen 15 kHz und 750 kHz.
Über Relaiskontakte wird dem Oszillator ein engtolerierter Kondensator mit bekannter Kapazität zur Kalibrierung und eine zu messende Induktivität bzw. Kapazität zugeschaltet.
Bei Bedarf können die Meßwerte über eine USB-Schnittstelle an einen externen Rechner gegeben werden. Bei 9-12 V Speisespannung liegt die Stromaufnahme bei ca. 65 mA.
Dem Bausatz liegt eine umfangreiche Aufbau- und Bedienanleitung bei. Weil durchweg bedrahtete Bauelemente verwendet werden, gelang der Aufbau problemlos.
Der SMD-Schaltkreis FT232RL für die USB-Schnittstelle war vorbestückt. Ich empfehle, die Messbuchsen erst dann auf der Platine zu verlöten, wenn die Platine einschließlich LCD-Modul
im Gehäuse montiert ist, wobei die Kunststoffkappen auf den Messbuchsen aufgeschraubt sind. Die Frontplatte wird mit einer selbstklebenden Folie beschichtet, welche die Beschriftung trägt.
Nach dem Aufkleben müssen in der Folie die Durchbrüche für den USB-Stecker, die Stößel der zwei Taster, die zwei Messbuchsen und das LCD-Modul freigeschnitten werden.
Hierzu empfehle ich, ein scharfes Skalpell oder ein Sicherheitsmesser mit neuer Klinge zu verwenden.
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