Als passionierter Radio- und Empfängerbastler gehören Induktivitäten (Spulen) und Kondensatoren zu den Grundbausteinen einer jeden Schaltung. Im Gegensatz zu Widerständen lassen sich Spulen und Kondensatoren nicht so ohne weiteres mit einem günstigen Multimeter ausmessen. 

Die Kapazität eines Kondensators lässt sich an seinem Aufdruck ablesen. Doch was, wenn der Aufdruck nicht mehr lesbar ist. Gemäß meinem Grundsatz vorwiegend Teile aus dem Elektronikschrott zu verwenden, verbietet sich hier der Neukauf. Bei Spulen, und hier besonders bei den selbst gewickelten, ist die Bestimmung der Induktivität sowieso notwendig. Wie sollte man sonst mit diesen Bauteilen einen vernünftig dimensionierten Schwingkreis aufbauen?.

Daher ergab sich die Forderung nach einem Messgerät zur Bestimmung dieser Größen.

Im Netz gibt es zu diesem Thema eine Menge an Schaltungen und Bauvorschlägen. Auch Bausätze und Fertiggeräte sind erhältlich, aber für mich gab es nur die Option des Selbstsbaus.

Die Kapazität eines Kondensators lässt sich bei größeren Kapazitäten über die Ladezeit ermitteln. Ein unbekannter Kondensator wird über einen genau bestimmten Widerstand geladen und dabei die Zeit gemessen. Nun kann auf die Kapazität errechnet werden. 

Bei sehr kleinen Kapazitäten stösst man mit dieser Methode als Bastler recht schnell an Grenzen. Der Ladewiderständ müsste äußerst genau bekannt sein und auch temperaturstabil arbeiten. Dies ist nur mit sehr hohem Schaltungsaufwand zu erreichen.

Eine Methode mit der man bei recht geringem Schaltungsaufwand vernünftige Ergebnisse erzielen kann ist folgende.

Ein Oszillator wird mit einem Schwingkreis aus bekannten Werten für Induktivität und Kapazität aufgebaut. Hier sollte n die Werte von zumindest einem Bauteil sehr genau bekannt sein. Dann lässt sich nach Messung der Frequenz auf den anderen Wert mit der Schwingungsformel (gibts im Nezt als Schwingkreisrechner :-) ) zurückrechnen. 

Die Grundfrequenz des Oszillators wird gemessen und anschließend der unbekannte Bauteil zugeschaltet. Die unbekannte Spule in Reihe, bzw. der unbekannte Kondensator parallel zu dem verbauten Teil. Dadurch wird der Schwingkreis verstimmt und nach neuerlicher Messung der Frequenz kann auf den Wert des unbekannten Bauteils zurückgerechnet werden. 

Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass bei Änderung der Grundfrequenz infolge von Temperatur, unbekannten Kapazitäten und Induktivitäten das Messergebnis nur unwesentlich verändert wird, da ja nur die Differenz ausschlaggebend ist. 

Im Netz werden die Schaltungen meist mit einem Operationsverstärker LM311 aufgebaut. Diesen Typ hatte ich aber nicht in meiner Bauteilesammlung. Also griff ich auf einen NE5532P zurück der gem. Datenblatt auch dafür geeignet erschien. Die Schaltung selbst ist recht unspektakulär und richtet sich nach diversen Vorschlägen im Netz. 

Der Schwingkreis wurde mit einer Spule mit 200u und einem Styroflex Kondensator aufgebaut. Dieser bedingt eine stabile Frequenz, was bei anderen Kondensatoren nicht möglich war. 

Dem  Oszillator folgt  ein Schmidt-Trigger der das Sinussignal in ein Rechtecksignal mit fixer Amplitude umwandelt. Dieser Schmidttrigger ist als IC verbaut. Ok...ich hätte nicht unbedingt einen Vierfach-Doppeleingang-Baustein nehmen müssen, aber ich fand ihn auf einer alten Leiterplatte :-)

Diese Signal wird einem ATMEGA8 zugeführt und gemessen. Anschließend wird der Wert umgerechnet und auf einem LDC-Display ausgegeben. 

Um eine Spule in Reihe zum bestehenden Schwingkreis zuschalten zu können wird ein Relais eingesetzt, welches ebenfalls über den Controller gesteuert wird. 

Die ganze Schaltung wurde auf einer Lochrasterplatine aufgebaut. Ein ausgedienter kleiner Sat-Empfänger lieferte das Gehäuse. 

Als Laie und Autodidakt möchte ich hier meinen Programmcode nicht veröffentlichen. Mit etwas Interesse und diversen Grundlagen aus dem Netz ist die Erstellung für jeden durchaus möglich.

Das Programm ist wie folgt aufgebaut:

Nach dem Einschalten erfolgt ein dreimaliges Blinken aller LEDs sowie das Schalten des Relais. Dies soll die Funktionsfähigkeit der Schaltung anzeigen.

Anschließend wird das Display initialisiert und die Grundfrequenz gemessen. Die Abweichung von der Sollfrequenz wird angezeigt und gibt Auskunft über die Funktionsfähigkeit des Oszillators.

Das folgende Menü bietet die Auswahl: Messung einer Kapazität, Messung einer Induktivität, Ausgabe der Grundfrequenz, Veränderung der Rechenwerte für die fix verbaute Spule und Kondensator.

Wird die Bauteilmessung ausgewählt, so wird die Grundfrequenz nochmals gemessen, anschließend zum Anschluss des Bauteils aufgefordert und nach Messung der Frequenz der Wert ausgegeben.

Hinweis:  Für die Berrechung verwende ich keine Fließkommadarstellung, da dies bei uControllern schnell zu Rechen- und Speicherplatzproblemen führt. Mit der einfachen Formel 

C(Bauteil = ((Grundfrequenz * Grundfrequenz) * C(verbaut) / (Messfrequenz + Messfrequenz) )    -   C(verbaut)

kann mit ganzen Zahlen das Auslangen gefunden werden.

Der Aufbau der Schaltung ist grundsätzlich nicht schwer durchzuführen. Das Display bereitete mir einiges an  Kopfzerbrechen, da ich Anfangs keine Zeichen ausgeben konnte. Nach langer Fehlersuche stellte sich heraus, dass das Display an sich defekt war!! 

In die Frontplatte wurden Ausnehmungen gefräst und die Anzeige, sowie die Taster und LEDs eingeklebt. 

Eine grüne LED dient der Betriebsanzeige, jeweils eine LED an den Seiten der Anschlüsse signalisiert die Bereitschaft zur Aufnahme des unbekannten Bauteils.

Die Stromversorgung erfolgt über das Labornetzteil mit 10V, zugeführt über Buchsen auf der Rückseite. Ebenfalls an der Rückseite befindet sich ein Signalanschluss für einen externen Frequenzzähler oder Oszilloskop. Damit ist eine Kontrolle der Messung und des Signals möglich ohne das Gerät zu öffnen. 

Eine "Kalibrierung" kann mit Hilfe eines bekannten Kondensators erfolgen. Dies bleibt aber noch durchzuführen.

• Nach mehreren Stolpersteinen konnte ein zufriedenstellendes Messgerät gebaut werden.
• Die Messtoleranzen sind nicht besonders gering, aber für eine hinreichend genaue Bestimmung der Bauteile ausreichend.
• Die Bauteilanschlüsse sind noch nicht optimal. Hier wird in den nächsten Tagen noch eine Verbesserung angestrebt.
• Für eine präzisere Messung wurde noch ein zweites Relais verbaut, welche die Kapazität zuschaltet. Somit kann die Zeit zwischen der Messung der Grundfrequenz und der Messfrequenz durch den Controller gesteuert und vereinheitlicht werden. Ich konnte beobachten, dass nach dem Zuschalten der zu messenden Induktivität die Frequenz des Schwingkreises etwas ansteigt und nach einigen Sekunden stabil wird. Nun wird die Wartezeit durch den Controler eingehalten. .