Расчет/измерение собственной емкости катушки индуктивности — онлайн калькулятор
Прежде всего обратим ваше внимание, что само понятие «собственная емкость катушки индуктивности» является не совсем однозначным и часто путается с понятием «паразитная емкость» в которую входят всевозможные монтажные и вносимые емкости конструкции. Во любом случае величина собственной емкости зависит от многих факторов, в том числе от формы намотки (многослойная, однослойная), влияния каркаса, сердечника, экрана, от частоты. Подробнее об исследовании собственной емкости однослойной «воздушной» катушки можно прочитать здесь.
Для определения собственной емкости катушки нужен как минимум ГИР или ГСС. Обычно радиолюбители рассчитывают собственную емкость методом двух частот. Сначала к катушке подключают первый контурный конденсатор C1 и измеряют резонансную частоту получившегося контура — f1. Затем тоже самое проделывается со вторым контурным конденсатором C2. По результатам этих измерений определяют как индуктивность, так и собственную емкость катушки. Однако измерение всего по двум точкам может приводить к совершенно недопустимым ошибкам, о чем подробнее изложено ниже по тексту. В этом калькуляторе собственная емкость рассчитывается по результатам от трех до десяти подобных измерений, что позволяет надеяться на более достоверный результат.
| C1 : пФ | f1 : МГц |
| C2 : пФ | f2 : МГц |
| C3 : пФ | f3 : МГц |
| C4 : пФ | f4 : МГц |
| C5 : пФ | f5 : МГц |
| C6 : пФ | f6 : МГц |
Важно! Точность и достоверность результата при обработке статистических данных — это разные вещи. После знака ± отображается доверительный интервал, в котором предположительно лежит точное значение результата. При этом, если некоторые данные измерений ошибочны (недостоверны), сам результат тоже может быть недостоверен несмотря на малую величину доверительного интервала.
Хотя определение собственной емкости катушки по нескольким точкам измерений носит более достоверный характер, тем не менее рассчитывать на полную достоверность нельзя. Ниже перечислены причины этого, а также рекомендации для более точных измерений:
- Нужно понимать, что реально мы определяем не собственную емкость «ненагруженной» катушки, а паразитную емкость всей измерительной схемы. При этом монтажные емкости измерительного стенда и входные емкости измерительного прибора, как правило, суммируются с собственной емкостью катушки. Также может оказывать влияние и взаимоиндукция измерительной схемы с катушкой.
- Большие собственные потери катушки (большая величина ESR или, соответственно, малая добротность), а также большие вносимые потери со стороны измерительной схемы приводят к недостоверным результатам.
- Величина собственной емкости катушки непостоянна и, как мы отметили выше, сама зависит от частоты. Для уменьшения влияния этого фактора желательно подбирать частоты измерений на порядок меньше частоты собственного резонанса катушки.
- Большое влияние имеет точность измерений. Особенно в точках, когда небольшая величина емкости контурного конденсатора сравнима с собственной емкостью катушки. Отсюда следует вывод, что без хороших измерителей емкости и частоты вам не обойтись. Если вы просто возьмете номинальную величину на маркировке конденсатора с отклонением ±20%, то результат расчета, скорее всего, будет недостоверен.
- Достоверность расчета индуктивности всегда намного больше достоверности расчета собственной емкости катушки.
- Наибольшую достоверность и точность можно достичь используя более качественные измерительные приборы, например Q-метр.
Подробнее об алгоритме расчета. В старых справочниках предлагается графический способ определения величины собственной емкости катушки по результатам нескольких измерений. По оси X откладывается величина емкости контурного конденсатора С, а по оси Y — соответствующая ей величина пропорциональная
1 / f2. Получившиеся точки соединяются прямой линией. Точка пересечения этой линии с осью X в отрицательной области показывает величину собственной емкости катушки. Ниже приведен такой график на основании данных по умолчанию из нашего калькулятора:
Проведя прямую линию примерно по всем точкам измерений, мы можем приблизительно определить собственную емкость катушки чуть более 5 пФ. Если проделать то же самое по двум точкам (С4, С5), то мы получим результат примерно 20 пФ. Очевидно из графика, что второй результат далек от истины, то есть недостоверен. Поэтому использование нескольких точек измерения более предпочтительно. Этот калькулятор использует численный алгоритм, основанный на математическом «методе наименьших квадратов», предназначенном для обработки массивов данных и делает примерно то же, что и линия на графике. Однако, если мы видим на графике, что какая-то одна точка сильно отклонилась от общей линии, мы можем признать такое измерение ошибочным и исключить его. Калькулятор этого не делает, поэтому отдельное ошибочное измерение может привести к неудаче решения, либо к недостоверному результату. Это обстоятельство следует иметь в виду. Хотя это просто исключительный случай грубой ошибки от которого не застрахован и двухчастотный метод. В то же время многочастотный метод позволяет нивелировать небольшие неточности измерений, что и проиллюстрировано на графике.
Ссылки по теме:
- Программа расчёта индуктивности и собственной ёмкости катушки по результатам измерения более чем двух частот (по методу наименьших квадратов) "lsm-induct.xls", В. Цибанов — базовый материал на котором основан этот калькулятор.
- Coil Distributed Capacitance, VK2ZAY - один из примеров калькулятора собственной емкости катушки основанного на методе двухчастотного измерения.
