Měření RLC v teorii i praxi

Pokud bychom měli vybrat nějaké měřicí přístroje, které úzce souvisí s hlavním tématem tohoto časopisu – plošnými spoji, určitě by do něj „zapadla“ skupina RLC metrů. Zejména při opravách nebo pro třídění před nestrojním osazování je to nezbytná pomůcka.

Dnes bychom rádi čtenářům představili podle našeho názoru velice podařený a cenově dostupný RLC měřič APPA řady 700.

Obr. 1 RLC měřič APPA 703

Jedná se o dva modely APPA 701 a APPA 703. Zásadně se oba přístroje liší rozsahem testovací frekvence. APPA 701 může testovat pasivní součástky do 10 kHz, zatímco APPA 703 má horní mez této testovací frekvence až do 100 kHz. Další omezení u APPA 701 je u některých funkcí, jako je měření úhlu posuvu, měření MIN, MAX apod. Nižší je u tohoto přístroje také stupeň vybavení. Přístroje mají duální displej, s čítáním do 20 000, event. po přepnutí na nižší rozlišení do 2 000 hodnot. Displej obsahuje ještě 46segmentový bargraf jako „imitaci“ analogové ručky.

Přístroj může měřit téměř veškeré parametry související s touto problematikou. Nejen odpor (R), indukčnost (L) a kapacitu (C), ale také činitel kvality (D), činitel jakosti (Q), úhel (Θ) – ten ale jen APPA 703.

Měřené veličiny L, R a C jsou zřejmé, ty ostatní si dovolíme, pokud se čtenáři neurazí, zopakovat a definovat.

Abychom mohli s obvodem matematicky pracovat, je nutné hodnoty indukčnosti a kapacity vyjádřit ve stejných jednotkách – tedy přepočítat na odpor (v Ohmech) – viz vztah XL, XC. Pak je možné vyjádřit hodnoty i vektorově, včetně úhlů – viz obr. 2, z čehož je vše jasné a názorné. Z vektorového znázornění je patrný i úhel a jeho tangenta je pak Q a převrácená hodnota D. Samozřejmě, že pokud Q bude vyšší a D nižší, je pasivní prvek (cívka a kondenzátor) kvalitnější.

Obr. 2 Fázorové diagramy pro různě velké XL a XC

Pokud se podíváme na obrázek č. 4, vidíme, že kondenzátor můžeme „složit“ ze samotné kapacity a ztrátového odporu (sériový odpor) a vodivosti (paralelní odpor). Pokud uvažujeme u kondenzátoru jen sériový (na obr. ESR), tak u cívek se jednoznačně prosazuje sériový odpor DCR.

Obr. 3 Náhradní schéma výpočtu impedance Z

Sériový odpor, který je měřen pomocí střídavého proudu, je označován ESR (Ekvivalent Serial Rezistor). ESR je hlavní kvalitativní faktor u kondenzátorů. Ideální kondenzátor by měl mít teoreticky ESR=0. V reálném světě má každý kondenzátor nějaké ESR, které se časem zvětšuje. Velkým ESR již kondenzátor ztrácí funkci filtru.

Obr. 4 Náhradní schéma pro sériové odpory u kondenzátorů a cívek

Jednou z nejčastějších závad spotřební elektroniky jsou právě vadné elektrolytické kondenzátory. Ty se pomocí multimetru ani měřiče kapacity většinou nedají identifikovat. Měřičem ESR závadu elektrolytu spolehlivě zjistíte, protože poškození elektrolytu se projeví nejprve na rostoucím ESR. Pro opraváře elektroniky je měřič ESR naprostá nutnost, používá se při hledání závad dokonce častěji než multimetr!

Sériový odpor u cívek je měřený stejnosměrným proudem a označován DCR (Direct Current Resistence). To je zase zajímavý parametr u cívek. Je to vlastně činný odpor mědi, z které se závity cívky skládají a kterému se nevyhneme.

Všechny výše uvedené veličiny a parametry je schopen popisovaný přístroj APPA řady 700 měřit.

Přístroj nejprve nabídne tzv. Autotest – což znamená, že automaticky určí, o jakou součástku se jedná (R, L, C), a změří danou veličinu. Rovněž tak lze navolit měřené veličiny i manuálně. K nim pak můžeme na přepínači „vyžádat“ paralelní nebo sériový testovací režim.

Testovací frekvence je volitelná a pohybuje se od 100 Hz až po 10 kHz, resp. u modelu APPA 703 po 100 kHz. Základní přesnost L, C, R je 0,2 %.

Měření je možné buď jednoduché pomocí dvoužilových vodičů, nebo přesné čtyřvodičové, při uvažování přizemnění pětižilové měření.

Pro správný výsledek měření je nutná interní kalibrace a touto funkcí přístroj disponuje. Kalibrace se provádí ve dvou krocích. Naprázdno, když se na pomocném displeji objeví „OPEN“, ponechat otevřené svorky nebo otevřenou SMD testovací sondu a stisknout tlačítko CAL pro start kalibrace naprázdno. Přibližně po 30 sekundách se na hlavním displeji zobrazí výsledek kalibrace naprázdno.

V druhém kroku se kalibruje nakrátko. Když se na pomocném displeji objeví „Str“, ponechají se zkratované svorky nebo uzavřená SMD testovací sonda a stiskne se tlačítko CAL pro start kalibrace nakrátko. Asi po 30 sekundách se na hlavním displeji zobrazí výsledek kalibrace nakrátko.

Přístroj má také mód záznamu MAX/MIN a ukládá minimální a maximální vstupní hodnoty. Když se načte vstupní hodnota nad uloženou maximální nebo pod minimální, měřič pípne a uloží novou hodnotu.

Zajímavou funkcí je i možnost třídění. Ta se realizuje přes SETUP pomocí nastavení standardní hodnoty třídění a následném nastavení (pomocí šipek) přípustného rozsahu.

Pro testování přesnosti součástek lze přes funkci SORTING vložit mód třídění. Výsledek třídění se zobrazí na hlavním displeji a aktuální hodnota se zobrazí na pomocném displeji.

Samozřejmě, že všechny naměřené hodnoty lze ukládat přes SW a USB kabel, které jsou součástí standardní dodávky.

Podrobnější informace k tomuto přístroji lze získat na webových stránkách nebo v katalozích firmy Micronix, která je výhradním distributorem této značky v České a Slovenské republice.

Tento, jako i ostatní měřiče RLC a další novinky či osvědčené přístroje z oblasti měření elektrických i neelektrických veličin, budou ke zhlédnutí na MSV v Brně na stánku firmy Micronix. Pro ty, kteří se na veletrh nedostanou, jsou v následujícím inzerátu uvedena veškerá možná spojení.