"O engenhocas": Oscilador LC - determinar L (A SAGA)

Oscilador LC - determinar L (A SAGA)

Postado por David Martins sábado, 11 de agosto de 2012 às 16:31 0 Comments

Cá continuo eu com o raio do problema em determinar um valor de L com precisão, ou seja, para mim tem de medir pelo menos 500nH.

Já testei muitos circuitos, de várias formas mas quando resolvo um problema, aparecem logo mais 2. Desde pico de corrente provocados pela bobina, até alterações de frequência de forma não linear,....

A solução que vou apresentar ainda não está 100% perfeita, mas até ao momento foi a que menos problemas me deu.

[caption id="" align="aligncenter" width="120"] LC tank[/caption]

O circuito é baseado num oscilador LC. Basicamente um oscilador LC com utiliza dois elementos capazes de armazenar por momento alguma energia, eles oscilam porque um carrega o outro e assim sucessivamente.

Ao longo to tempo, podemos vemos algo deste género, porque nenhum sistema é perfeito.

[caption id="" align="aligncenter" width="329"] LC ao longo do tempo[/caption]

De qualquer forma, além de a tensão de pico ir diminuindo, o período continua o mesmo e daí é só usar um ampop para o ir carregando e está feito.

Este circuito obedece em geral a esta fórmula:

[caption id="attachment_118" align="aligncenter" width="139"] Calculo da frequência de oscilação[/caption]

Usando um ampop do par LM358, construí o circuito em baixo no simulador para teste. A vantagem dos simuladores é esta. Sem ter gasto um único € consegui fazer alguns testes bastante rápidos. Mas um simulador não representa a realidade, mas serve para eu reduzir a lista de componentes a comprar. Não compro só e unicamente o essencial (ou aquilo que o simulador diz que funciona), mas também vejo quais os pontos mais críticos e compro alguns comps para depois poder testar no real.

[caption id="attachment_119" align="aligncenter" width="617"] Circuito teste - PROTEUS[/caption]

É visível na imagem as várias ponta de teste que estive a utilizar para ver se tem lógica tudo isto...
O gráfico resultante foi semelhante a este:

[caption id="attachment_120" align="aligncenter" width="640"] Análise[/caption]

Eis que chega a parte de engenharia mais profunda. Isto está a oscilar, mas como poderei calcular a frequência de oscilação? Será que corresponde à formula acima?
Bem... na simulação isso não aconteceu. Tive de tirar alguns valores, fazer uma equação de correspondesse à diferença nas várias frequências etc...

Não vou explicar por agora, mas fica uma ideia do tipo de cálculos que foram feitos.

Para o caso da simulação, esta última equação está a funcionar, L é o valor da bobina, T é o período da frequência de saída.

Como podem ver resulta num comboio enorme! Talvez no final do projecto vá usar interpolação ao invés disto.... logo se vê.

Já disse que o simulador não representa fielmente a realidade e por isso todos os cálculos feitos em cima de pouco servem, pois terei de os fazer novamente para o teste real.

Estes cálculos todos porquê?

Bem pelo que pude ver, além dos habituais desvios, o circuito não é bem um LC, mas sim um RLC. Mas já apliquei todos os cálculos possíveis e para uma dada frequência até podemos ter alguma aproximação, mas para as restantes há muitos desvio, desvio esse que tem de ser compensado com os vários cálculos.

Por agora estou satisfeito com o "suposto" erro que tenho... é tolerável para aquilo que pretendo.

Desenvolvimentos futuros:

Como estou a trabalhar com frequências já consideráveis, não vou ligar um micro directamente!

Irei usar um CD4017 para fazer atrasar pelo menos 5 vezes a frequência e depois disso ainda vou fazer a contagem total de pelo menos 10 períodos.

Ou seja uma frequência inicial de 100KHz, vai ser reduzida para 20KHz. Neste momento cada período é de 50uS, mas vou medir o tempo de pelo menos 10 pulsos e adaptar as contas para este valor. Desta forma vou reduzir bastante o erro causado por temporizações muito reduzidas. No final o valor medido correspondente a 100KHz, será de 500uS, bastante melhor que os 10uS iniciais.