Medidor de (pequena) indutância

 Estou de volta (após muito tempo parado), e hoje trouxe um novo circuito para medir indutâncias, esse, diferente do projeto anterior, pode medir indutâncias pequenas (400nH até 100μH) com precisão (até certo ponto), mas em contrapartida, requer mais ferramentas, e é menos intuitivo de se medir.

 O circuito é basicamente um oscilador ressonante, muito semelhante ao ZVS feito em postagens anteriores. 

 Esquema:

 Funcionamento: 

 O capacitor, junto ao indutor de teste, forma um circuito LC*, ou seja, uma oscilação em frequência fixa, os mosfets fazem o único papel de continuar a alimentação, mantendo em estado de ressonância.

 A topologia ZVS permite um grande alcance de frequência, possibilitando baixas frequências (kHz) até altas frequências (MHz), com componentes mínimos.

 Nota: por design do circuito, a alimentação não pode ser mais que 5v

 Componentes:

1 - 2x Mosfets* (baixa capacitância)

2 - 2x Indutores (>1mH)

3 - 1x Capacitor (1nF - 102)

3 - 2x Diodos 

4 - 1x resistor 10k* (pode ser maior, mas depende do instrumento de medição de frequência)

5 - 1x resistor* (baixo valor, 30 - 100 Ohms, ou uma pequena lâmpada incandescente)

6 - Medidor de frequência, 10Mhz ou mais* (no meu caso, um multímetro)

 Na escolha de componentes, um que se deve manter cuidado ao escolher para garantir precisão e linearidade, é o Mosfet, que este deve ter baixa capacitância, como no meu caso que use um SMD 702, tirado de sucata de notebook. Datasheet:

 Note que não precisa ter uma capacidade alta de corrente, somente ter baixa capacitância interna:

 A capacitância vai influenciar a precisão, principalmente na medição de indutâncias pequenas, onde a frequência passa de 1MHz.

 

 Uma forma de evitar isso é diminuindo a frequência aumentando o valor do capacitor, assim, capacitâncias externas têm menos influência na oscilação. Mas com o aumento da capacitância, aumenta a corrente no circuito.

 Além disso, outra coisa influencia a precisão: os indutores. Com uma frequência mais baixa, os Indutores interferem na oscilação, diminuindo a precisão quanto mais baixa a frequência for. Por isso, meu circuito, com os valores dados, mede de 400nH (por causa de capacitâncias parasitas e dos Mosfets) e 100μH (por causa dos Indutores de 1mH).

 Mas vamos ao circuito feito:

 Sem nada conectado (somente a fonte de 5v), o circuito tem uma oscilação bem baixa, e puxa bastante corrente, acendendo a lâmpada.

 Indutores testados:

 Valores marcados: 3x 10μH, 2x 100μH, 2x 3.3μH, 2.2μH, 600nH, 430nH, 300nH.

 Como medir?

 Para medir a indutância, é necessário saber o valor do capacitor (que já sabemos) e a frequência (que iremos medir), a partir daí, podemos tirar o valor do indutor L com a fórmula: f = 1/2π·√L·C ou simplesmente usar um programa, que deixa as coisas muito mais práticas, eu uso o Electrodoc (para Android), o que deixa tudo mais rápido para medições e calibragens*.

 E falando em calibragem, é necessário citar a importância de calibrar o valor do capacitor, pois mesmo sabendo a capacitância, devido ao circuito não ser perfeito, é necessário ajustar a capacitancia para vários alcances de medições, no meu caso, o valor de 1nF para medições entre 5μH e100μH, 1,1nF de 0,9nH a 5μH e 1,2nF para 400nH a 900nH. 

 A calibragem é feita usando vários indutores com valores marcados, desde pequenas indutâncias, até grandes, e calcular a variação do valor do capacitor, como no exemplo abaixo:

 O capacitor marca um valor 3.3μH, então vamos medi-lo: f=2,643MHz e C=1nF e f=1/2π√LC;

 (2,643·10⁶ =1/2π√L·1·10-⁹) L ≈ 3,626 · 10-⁶ ou 3,62μH, não está tão longe, mas já está descalibrado, com C=1,1nF, L será ≈3,297.

 Com valores maiores de 5μH o valor de C pode ser 1nF sem problemas (para o meu circuito em específico), abaixo disso é necessário calibrar, pois, como já dito, a capacitancias parasitas e dos mosfets passam a interferir no resultado.

Dica: 10³ - kilo, 10⁶ - mega; 10-³ mili, 10-⁶ micro, 10-⁹ nano.

 Vamos às medições:

Indutores 10μH:

n°1:

 f=1,624MHz e C=1nF // (1,624·10⁶ = 1/2π√L·1·10-⁹) L ≈ 9,604 · 10-⁶ ou 9,60μH

 No app:

 No aplicativo só precisa colocar o valor do capacitor e da frequência que a indutância já é calculada (tem que estar no modo ressonância).

n°2:

 f=1,629MHz e C=1nF // (1,629·10⁶ = 1/2π√L·1·10-⁹) L ≈ 9,545 · 10-⁶ ou 9,54μH

n°3:

 f=1,503MHz e C=1nF // (1,503·10⁶ = 1/2π√L·1·10-⁹) L ≈ 11,213 · 10-⁶ ou 11,2μH

Indutor 100μH:

 

n°1:

 f=497,5kHz e C=1nF // (497,5·10³ = 1/2π√L·1·10-⁹) L ≈ 0,000102342 ou 102,34μH (102,34·10-⁶)

n°2:

 f=518,1kHz e C=1nF // (518,1·10³ = 1/2π√L·1·10-⁹) L ≈ 0,000094365 ou 94,36μH (94,36·10-⁶)

 Indutor 3.3μF:

n°2:

Nota: aqui, mudamos o valor do capacitor para 1,1nF (número simples para facilitar cálculos) assim aumentando a precisão.

 f=2,695MHz e C=1,1nF // (2,695·10⁶ = 1/2π√L·1,1·10-⁹) L ≈ 3,171·10-⁶ ou 3,17μH 

Indutor 2.2μH:

 f=3,086MHz e C=1,1nF // (3,086·10⁶ = 1/2π√L·1,1·10-⁹) L ≈ 2,418·10-⁶ ou 2,4μH

No app:

 Indutor 600nH (0,6μH):

 Nota: o valor de C agora muda para 1,2nF.

 f=5,865MHz e C=1,2nF // (5,865·10⁶ = 1/2π√L·1,2·10-⁹) L ≈ 669,44·10-⁹ ou 669,4nH

 Indutor 430nH:

 f=6,979MHz e C=1,2nF // (6,979·10⁶ = 1/2π√L·1,2·10-⁹) L ≈ 472,782·10-⁹ ou 472,7nH

 Nota: aqui é perto do limite de medição, daí para baixo a precisão cai muito rapidamente, devido a indutâncias nos fio e capacitâncias parasitas, além da frequência subir muito e dificultar a leitura do multímetro.

 Indutor 300nH:

 

 f=8,013MHz e C=1,2nF // (8,013·10⁶ = 1/2π√L·1,2·10-⁹) L ≈ 358,639·10-⁹ ou 358,6nH

 Mesmo fora da faixa de medição, ainda obtive um resultado bom, mas não consegui medir indutâncias menores, o circuito não oscila ou meu multímetro não capta o pequeno sinal para medir a frequência. 

 Note que a luz está acesa, indicando um consumo maior de corrente com estes Indutores pequenos.

 Finalizando, queria dar mais atenção a calibragem, eu usei valores simples no capacitor como 1,1 e 1,2 somente para não precisar usar números complexos, claro que isso diminui a precisão, mas facilita na leitura rápida. Fica à dispor de quem medir, se querem ou não uma precisão maior.

 Uma sugestão minha para quem não tem um multímetro com medição de frequência, é tentar outros meios, seja por microcontrolador (Arduino, Esp, Pic...) ou qualquer coisa que faça o trabalho, sejam criativos!

 

 Enfim, fiquem à vontade para modificar e melhorar o circuito, sugestões sempre serão bem vinda.