DG5MK LCQ-Meter V2.3
Das DG5MK LCQ-Meter – ein einfaches aber effizientes L-, C- und Q-Meßgerät
Die Messung von Resonanzfrequenz und Güte von LC-Parallelschwingkreisen kann schnell komplex, zeitaufwendig und, abhängig von den verwendeten Meßgeräten, auch teuer werden. Dieser Artikel beschreibt ein preiswertes und handliches Meßgerät, das LCQ-Meter, welches unter anderem neben Resonanzfrequenz und Güte von Parallelschwingkreisen auch die Messung von Induktivität und Kapazität der beteiligten Komponenten erlaubt.
Einige Amateurfunk OMs besitzen einen Meßgerätepark bestehend aus Oszilloskope, Spektrum-Analysator, Netzwerk-Analysator, Meßgeräte zur Impedanz-Bestimmung und einiges mehr welcher der Ausstattung eines modernen Elektronik-Labors leicht das Wasser reichen könnte. Aber nahezu alle besitzen ebenfalls ein einfaches, Mikrokontroller-basiertes Meßgerät zur Bestimmung von Kapazität und Induktivität da dieses preiswert, einfach in der Handhabung und für Amateurzwecke vollkommen ausreichend ist. Das ursprüngliche Design geht vermutlich zurück auf AADE um 1997. Das originale, sehr genaue L/C-Meter ist noch immer zu einem akzeptablen Preis seitens AADE erhältlich [1].
Seitdem tauchten Hunderte von Nachbauten auf, um schließlich mittels eBay den Markt mit Geräten aus China zu überschwemmen. Erstaunlich ist es das es dennoch keinerlei wesentliche Weiterentwicklung gab. Nahezu alle Schaltungen basieren nach wie vor auf dem betagten LM311 Komparator als Oszillator. Einige neuere Schaltungen nutzen Mikrocontroller-interne Komparatoren, aber am Prinzip hat sich nichts geändert.
Für ein kürzliches Amateurfunk-Projekt galt es Kondensatoren und Spulen auszumessen. Das war mit einem AADE äquivalentem Gerät schnell getan. Schwieriger wurde dagegen die Messung von verdrahteten LC-Parallelschwingkreisen oder gar die Bestimmung deren Güte. Hier kam die Idee etwas Neues zu entwerfen, einfach und handlich welches diese Messungen ohne großen Mehraufwand durchführen konnte.
Die selbst gesetzte Richtlinie für das LCQ-Meter war der Entwurf eines handlichen und sehr erschwinglichen Gerätes, für die Ansprüche eines Amateurs. Es sollte zunächst Kapazität und Induktivität an einzelnen Bauelementen messen können, so wie das AADE L/C-Meter. Darüber hinaus sollte es aber auch die Kapazität und Induktivität von verdrahteten LC-Parallelschwingkreisen, die resultierende Resonanzfrequenz und als besondere Herausforderung die Leerlaufgüte des Kreises messen können. Da es handlich und preiswert sein sollte wurden Abstriche in Bezug auf Meßbereich und Genauigkeit von vorn hinein akzeptiert.
Nach einigen hundert Stunden Entwicklung, Simulation, Aufbau, Test und Messung zeigt dieser Artikel nunmehr die aktuelle Version des LCQ-Meters.
Um die Gesamtentwicklung besser zu verstehen, beginnt der Artikel mit einer theoretischen Betrachtung der Hintergründe von Schwingkreisen und insbesondere der Messung deren Leerlaufgüte. Mit Hilfe eines einfachen Testbeispiels werden die Vor- und Nachteile verschiedener Meßmethoden diskutiert. Auf tiefe Mathematik inklusive Komplexer Zahlen wird dabei verzichtet. Allerdings wird ein einfaches Rahmenwerk aufgezeigt, damit der interessierte Leser die Hintergründe nachvollziehen kann.
Nachdem einige Kernkomponenten des Entwurfs im Detail besprochen werden schließt sich der Kreis mit der Beschreibung des Gesamtentwurfs und der Software für den Mikrokontroller.
Es folgen praktische Meßbeispiele und zuletzt eine Diskussion der Genauigkeit des LCQ-Meters.
Aufbaubeispiele und Anwendungen