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Ergänzungen

Vorbemerkung und Hinweis

Diese Seite enthält die ein oder andere Antwort auf eine Mailanfrage zum LC-Meter. Vielleicht trägt sie daadurch dazu bei, verbliebene Fragen zu beantworten. Allerdings habe ich mir hier nicht so viel Mühe gegeben, das ganze auch redaktionell schön darzustellen. Trotzdem ... viel Spaß beim lesen!

1. Herleitung der ein oder anderen Formel aus kapitel 5.1

ich habe die Herleitung hier nochmal ein wenig weiter ausgeführt.

Wenn Sie's von Hand machen wollen, dann lösen Sie BEIDE Gleichungen nach Cy auf. Setzten Sie dann diese beiden Gleichungen gleich und lösen Sie dann nach Lx auf. Trickreiche Umformungen sind nicht dabei. Das einzige ist, daß man an einer Stelle 1/f2^2 - 1/f1^2 auf den gemeinsamen Nenner bringen muß, um dann (f1/2 - f2^2)/(f1^2 * f2^2) zu erhalten.

Die Messung funktionier nun tatsächlich so, daß sie aus zwei Messungen besteht. Zuerst ohne C15 und dann mit. Man hört übrigens die Reed-Relais dann immer schalten. Natürlich sehr leise.

2. Wie wird die Frequenz gemessen und die Induktivität berechnet?

Die Frequenzmessungen führe ich mit dem Timer/Counter-Modul im Controller aus. Salopp gesprochen: eine Sekunde lang die Impulse fom Schwingkreis zählen. Dann habe ich die Frequenz in Hz. Das rechnen ist in sofern kein Problem, weil ich in C programmiert hatte und dort Fließkommazahlberechnungen unsterstützt werden. Hier reichen ja die Grundrechenarten: Summe, Differenz, Produkt, Quotient. Die kommen auch alle vor. In reinem Assembler ist das natürlich eine mühsame Aufgabe - das macht normalerweise niemand.

Im Coding ist das ab Zeile 563. L3 wird gebrückt (kurzgeschlossen); der Kurzschluß über Lx wird geöffnet, und zur ersten Messung wird C15, 330pF abgeschaltet. Die Messung liefert f1. Dann wird der 330 pF Kondensator zugeschaltet, es wird etwas gewartet (ca. 100 ms) und es wird die Frequenz f2 gemessen. Wenn dann die Frequenzen nicht völlig unsinnig sind (etwa weil der Oszillator wegen zu kleinem L garnicht anschwingt), dann wird Lx und Cy genau gemäß der Formeln gerechnet (Zeile 578 und 579). Die Ausgabe erfolgt dann normalerweise in uH und pF; daher die Faktoren 1e6 und 1e12 in der Zeile 585. Die Ausgabe in H ist eher experimentell (Zeile 582).

3. Wozu der LM311 und der NE555?

Der LM311 ist der aktive Teil des LC-Oszillators. Ich habe mich da weiter nicht drüber ausgelassen, weil ich den von dort übernommen hatte. Normalerweise findet man dort eine Transistor - vielleicht eien BF199 ... aber der Vortei des LM311 ist, daß ich direkt Rechtecksignale erhalte, die ich dann unmittelbar auf den Zäheingang des Timers/Counters legen kann. Zugegebenermaßen habe ich mich um die weiteren Details seiner Funktion nicht gekümmert.

Der NE555 ist eigentlich ein zweites Experiment auf dieser Platine. Ziel ist es hier nur Kapazitäten zu messen. Der NE555 ist bekanntermaßen als Timer oder auch Oszillator nutzbar; seine Zeitkonstanten (Frequenzen) hängen nur von der Kapazität eines Kondensators ab und von den Werten zweier Widerstände. Eine Spule (Induktivität) kommt da nicht vor. Widerstände sind in hoher Präzision leicht zu beschaffen (Reichelt, 0.1% um 10 bis 20 cent pro Stück). Die Hoffnung wäre also gewesen, Kapazitäten mit hoher Präzision messen zu können. Das hat auch ganz gut geklappt. Im Coding ab Zeile 649. Auch hier gibt es zwei messungen: einmal ohne eingesteckten Kondensator um die Kapazität des Schaltungsaufbaus zu messen und einam mit eingestecktem Kondensator. Bei der zweiten messung wird die Kapazität der ersten abgezogen und man erhält die zu messende Kapazität.

4. Die Taster

Vier Taster sind in betrieb, die ihre Entsprechung auch im Coding finden (Zeilen 213-240).

  • key0: ist die Hintergrundbeleuchtung des LC-Display. Einmal drücken: an; ein weiters mal: aus. Ohne Relais.
  • key1: wechselt durch die drei Meßbereiche des NE555. Das sind die drei Relais, die die Widerstände 1 kOhm, 33 kOhm und 1 MOhm schalten. Wird nur im Meßmode 4 (siehe weiter unten) benutzt.
  • key2: wechselt zwischen messen und kalibrieren. Nur relevant in Mode 3 und 4 (siehe key3). Kalibrieren heißt, ohne eingesteckten Kondensator messen; und messen heißt mit eingestecktem unbekannten Kondensator messen.
  • key3: wechselt durch die verschiedenen Meßmodi (switch Statement ab zeile 484) - zwei der komplexeren Methoden im Mode 0 und 1, dann im Mode 2 der hier diskutierte Weg; im Mode 3 wird nur die Kapazität gemessen (im Schwingkreis) und im Mode 4 - alternativ zu 3 - die Kapazität mit dem NE555.

Also ... vier Taster sind zu bestücken. Die wrden alle gebraucht.

5. Welchen EInfluß haben die Taster auf die Relais?

Auf die Relais wirkt also nur der key1. Die anderen Relais werden vom Programm gesteuert. z.B. das zuschalten von C15 geschiet im Programm. Das sind übrigens die Makros wie etwa OPEN_L3, SHORT_LX etc. Solche Makros schalten im Rahmen eines Meßzyklus die entsprechenden Relais an oder aus. Ich meine, das sieht man im Coding ab Zeile 563 für den oben diskutierten Fall ziemlich gut. Die dort eingebaute Warteschleife werden Sie leicht erkennen - der Oszillator soll Zeit haben, sich nach dem zu- oder abschalten eines Bautels wieder zu stabilisieren.

6. Stückliste

QtyValueDevicePackagePartsDescription
3PINHD-1X21X02JP9, JP11, JP14PIN HEADER
7PINHD-1X31X03CX, CY1, CY2, CZ, JP6, JP7, JP8PIN HEADER
2PINHD-1X41X04JP10, JP12PIN HEADER
2PINHD-1X51X05JP15, JP16PIN HEADER
1PINHD-1X81X08JP1PIN HEADER
110R-EU_0207/100207/10R2RESISTOR, European symbol
3100kR-EU_0207/100207/10R4, R5, R8RESISTOR, European symbol
6100n/KerC-EU025-025X050C025-025X050C3, C4, C5, C6, C8, C18CAPACITOR, European symbol
1100n/MKSC-EU025-025X050C025-025X050C11CAPACITOR, European symbol
2100n/MKSC-EU050-030X075C050-030X075C21, C31CAPACITOR, European symbol
1100pC-EU050-030X075C050-030X075C15CAPACITOR, European symbol
1100pC-EU050-035X075C050-035X075C17CAPACITOR, European symbol
210kR-EU_0207/100207/10R3, R13RESISTOR, European symbol
510n/KerC-EU025-025X050C025-025X050C23, C24, C25, C26, C27CAPACITOR, European symbol
110n/MKSC-EU025-025X050C025-025X050C16CAPACITOR, European symbol
110uL-EU0207/100207/10L1INDUCTOR, European symbol
510u/25VCPOL-EUE2.5-5E2,5-5C7, C9, C10, C12, C19POLARIZED CAPACITOR, European symbol
14 MHzCRYTALHC49SHC49/SQ1CRYSTAL
11M/1%R-EU_0207/5V0207/5VR10RESISTOR, European symbol
11N40041N4004DO41-10D3DIODE
21kR-EU_0207/100207/10R6, R9RESISTOR, European symbol
11k/1%R-EU_0207/5V0207/5VR12RESISTOR, European symbol
11nC-EU050-030X075C050-030X075C28CAPACITOR, European symbol
122uF/25VCPOL-EUE2.5-5E2,5-5C29POLARIZED CAPACITOR, European symbol
2330n/MKSC-EU050-030X075C050-030X075C20, C30CAPACITOR, European symbol
1330pC-EU050-030X075C050-030X075C14CAPACITOR, European symbol
133k/1%R-EU_0207/5V0207/5VR11RESISTOR, European symbol
1470pC-EU050-030X075C050-030X075C13CAPACITOR, European symbol
147kR-EU_0207/100207/10R7RESISTOR, European symbol
247p/KerC-EU025-025X050C025-025X050C1, C2CAPACITOR, European symbol
247uL-EU0207/100207/10L2, L3INDUCTOR, European symbol
24k7R-EU_0207/100207/10R14, R16RESISTOR, European symbol
150kR-TRIMM64WRTRIM64WR1Trimm resistor
5700460700460700460S2, S3, S4, S5, S6
1780578XXS78XXSIC45V/1A
178L0578LXX78LXXIC55V/100mA
1BC546ABC546ATO92-EBCQ2NPN Transistor
8HE3621HE3621HE3621K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8RELAY; z.B. SIL 05-1A72-71D von Meder
1ISP-CONN-06ISP-CONN-062X03J2ISP-Connector, 6-polig
1LCD-16POL-16VLCD-16POL-16V16VJ1Connector LC-Display, 16 polig, mit Hintergrundbeleuchtung
1LM311NLM311NDIL08IC2COMPARATOR
1LM555NLM555NDIL08IC3TIMER
1MEGA163PMEGA163PDIL40IC1MICROCONTROLLER
6MPB1MPB1MPB1X1, X2, X3, X4, X5, X6LAB CONNECTOR
1PORT-APINHD-1X81X08JP5PIN HEADER
1PORT-BPINHD-1X81X08JP2PIN HEADER
1PORT-CPINHD-1X81X08JP3PIN HEADER
1PORT-DPINHD-1X81X08JP4PIN HEADER
1SB130SB130DO41-10D1DIODE
1SK409SK409SK409KK1Kühlkörper SK409 - fischer Elektronik

Die frequenzbestimmenden Kondensatoren C16, C17 sowie C13, C14, C15 und C28 sollten von hoher Qualität sein - auf keinen Fall Keramikkondensatoren. Mit Folienkondensatoren liegt man schon mal richtig. Analog die frequenzbestimmenden Widerstände R10 bis R12.

Für die restlichen Bauteile können normale Komponenten ohne besondere Anforderungen verwendet werden. Widerstände sind zumeist im Rastermaß 10 mm liegend (manchmal aber auch 5 mm stehend) montiert. Die Keramikkondensatoren und die Elkos haben ein Rastermaß von 2,5mm; die Folienkondensatoren eines von 5 mm.

Die IC können gesockelt werden; Sockel sind in der Stückliste nicht aufgeführt. 2 mal 8-polig und ein mal 40 polig.

Viele Steckkontakte sind als einrehige Buchsenleiste mit gedrehten Kontakten (ähnlich wie IC-Sockel) ausgeführt. Man kann die einzelnen Baugruppen dann mit Kabeln, wie man sie auf den Steckboards verwendet, verbinden. Oder gleich mit Kabeln verlöten, wenn man garnicht experimentieren mag.

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