Так уж сложилось, что чаще всего радиолюбители пользуются тремя основными приборами - вольтметром, амперметром и омметром, но иногда возникают ситуации, когда для работы необходим более сложный и редкий прибор - LCR-метр.
При этом конечно подобные приборы также бывают как профессиональные, так и "любительские", но для начала о том, что это вообще такое.

Напоминаю, чтобы быть постоянно в курсе новых тем в блоге, рекомендую подписаться на мой инстаграмм, где я буду выкладывать уведомления о всех новых темах и возможно писать просто о чем-то интересном - ссылка на аккаунт

Также подписаться на обновления и новые статьи можно в телеграм канале - https://t.me/KirichBlog



Как уже следует из названия, прибор позволяет измерять три основных величины:
L - Индуктивность
C - Ёмкость
R - Сопротивление

Конечно емкость и сопротивление могут измерять большинство современных мультиметров, но LCR-метры это делают обычно точнее, в большем диапазоне, а также позволяют проводить дополнительные измерения, например добротности, коэффициента потерь, ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) и делать это на разных частотах.
Подобный функционал необходим там, где уже не хватает обычных мультиметров, например при диагностике неисправностей импульсных блоков питания, преобразователей напряжения, радиочастотных цепей.

Типовые примеры:
1. Резисторы, самый распространенный вид радиокомпонентов.


И если с распространенными номиналами проблем не возникает, то измерение низкоомных резисторов может добавить сложностей. Обычный мультиметр часто может измерить нормально сопротивление порядка 1-2 Ома и выше, если ниже, то начинает сильно влиять сопротивление проводов, щупов и низкое разрешение. Даже довольно точный Uni-T 61E имеет дискретность измерения в таком режиме всего 10мОм, при том что даже у недорого LCR-метра минимальная дискрета 0.1мОм.
Соответственно если при помощи мультиметра можно относительно точно измерить резисторы с сопротивлением от 0.05-0.1Ома, то при измерении 10мОм он фактически ничего уже измерять не будет, для сравнения ниже измерение двух резисторов номиналом 1 и 2.2мОм.




Часто измерение малых сопротивлений необходимо при проверке и подборе/изготовлении токоизмерительных шунтов. Альтернативный вариант измерения по падению напряжения, но необходим регулируемый блок питания, амперметр и вольтметр.


Возможность измерения малых сопротивлений также полезна и для выявления таких проблем как неправильная маркировка, особенно низкоомных резисторов.
Слева резистор промаркированный как 0.1Ома, справа как 0.22Ома, но реально у них почти одно и то же сопротивление. Подобные ошибки могут стоить иногда очень дорого.


Также измерение малых сопротивлений может помочь в оценке оригинальности полевых транзисторов. В последнее время на рынок все чаще поступают поддельные и перемаркированные транзисторы и хоть просто измерение сопротивления в открытом состоянии не дает полной информации, но позволяет быстро понять что перед вами.
Для теста кроме прибора надо иметь только батарейку на 9 вольт. Вообще чаще всего данные в даташитах приводятся к напряжению на затворе в 10 вольт, но в данном случае это не существенно. Кроме того корректно измерять сопротивление сток-исток под током, обычно он указан в документации, но это требует наличия как минимум лабораторного блока питания.
Чтобы проверить транзистор, подключаем тестовые щупы к выводам сток и исток (обычно средний и правый) и подаем 9 вольт на крайние выводы, постоянно подавать напряжение не требуется, достаточно зарядить затворную емкость, но надо быть внимательным, не подключите случайно батарейку к щупам прибора, можно даже сначала "зарядить" транзистор, а только потом подключить щупы.


2. Конденсаторы, хоть и используются немного реже, но имеют свои особенности, например в отличие от резисторов они гораздо больше подвержены старению, особенно если речь идет об электролитических конденсаторах установленных в импульсных блоках питания, преобразователях материнских плат и т.п.


Особенное значение имеет ESR конденсаторов. Иногда бывают ситуации, когда конденсатор высыхает почти не теряя при этом емкость, но у него значительно увеличивается внутреннее сопротивление.
Обычным мультиметром такое не диагностируется, можно менять всё подряд, но это не всегда удобно и часто сложно или дорого, кроме того часто LCR-метры позволяет проводить измерения без выпаивания компонента, хотя конечно это зависит от схемы включения.

1. Большинство мультиметров измеряет конденсатор как идеальный, т.е. без учета его особенностей, иногда этого достаточно, иногда нет.
2. Более сложные приборы умеют отделять собственно конденсатор от его внутреннего сопротивления и измерять эти параметры отдельно.
3. На самом же деле эквивалентная схема конденсаторы выглядит гораздо сложнее и эти все параметры также можно измерить, но это совсем другой класс приборов и обычно он не требуется обычным радиолюбителям.


Для примера сравнение двух конденсаторов, дешевого китайского и фирменного. Хоть точный, но обычный мультиметр считает их почти одинаковыми, показывая лишь небольшую разницу в емкости. Но если подключить конденсаторы к LCR-метру, то видно что отличие во внутреннем сопротивлении у них почти в 5 раз! Если вы планируете применять конденсаторы в импульсных блоках питания, то именно эта разница в сопротивлении скажется как на нагреве, а соответственно и сроке службы, так и на характеристиках блока питания. Конденсаторы с большим внутренним сопротивлением не могут эффективно гасить выбросы.



3. Дроссели, трансформаторы и вообще моточные узлы, в отличие от конденсаторов и резисторов проверяются еще сложнее, и редко какой мультиметр вообще имеет возможность измерения индуктивности.


Применение LCR-метра облегчает изготовление моточных узлов, а также поиск межвиткового КЗ. Путем сравнения с исправным компонентом или известным значением можно легко понять, что трансформатор или дроссель неисправен так как у него в таком случае сильно изменится индуктивность.


Вообще для поиска короткозамкнутых витков существуют специальные приборы, но LCR-метр также позволяет определить эту проблему, например слева исправный трансформатор, справа он же, но с одним накоротко замкнутым витком, видно что индуктивность обмотки стала существенно меньше, также виток повлиял и на результат измерения активного сопротивления обмотки.


Рассмотрим несколько вариантов измерителей из разных ценовых категорий и их преимущества/недостатки.

Для начала конечно знаменитый транзистортестер Маркуса. Он существует в большом количестве вариаций, в корпусе и без, простые и имеющие частотомер, а также проверку стабилитронов, самодельные и фабричные. Иногда его ошибочно называют ESR-метром, это не совсем корректно, так как изначально это именно тестер транзисторов, а измерение ESR является лишь одной из его функций и добавлена она гораздо позже.
Кроме того данный прибор имеет очень большое комьюнити на известном сайте vrtp, где также можно узнать как прошить транзистор тестер.
У меня есть два варианта в самодельном исполнении, причем один из них умеет измерять стабилитроны, проверять кварцевые резонаторы и т.п.


Пожалуй для новичка это действительно выход, такой тестер умеет измерять очень много различных компонентов, особенно удобно проверять транзисторы, например облегчить такую задачу как найти базу эмиттер коллектор транзистора, но также вполне нормально проверяет и конденсаторы/резисторы.


Но более важно то, что этот тестер умеет измерять емкость и индуктивность, причем проводить и комплексное измерение, т.е. например у дросселя показать не только индуктивность, а и активное сопротивление обмотки, также и у конденсаторов, не только емкость, но и внутреннее сопротивление (ESR).
Есть конечно и недостатки, из-за простой схемотехники и двухпроводного подключения компонента ему сложно работать с малыми сопротивлениями.


Сейчас появился некий гибрид, транзистортестера и осциллографа от Fnirsi, лично я не пробовал, но судя по количеству заказов аппарат популярный.



Следующим шагом идут более специализированные устройства, LCR-метры, они не умеют проверять параметры транзисторов, но например индуктивность или малое сопротивление измерят лучше чем универсальный тестер. Типичный представитель - LC100-A.
В отличие от предыдущего прибора прошивка esr тестера закрыта, потому возможность обновления отсутствует.


Есть и другие, подобные измерители, но к сожалению у них остался недостаток универсального прибора - двухпроводное подключение, потому на результат измерений может сильно влиять качество контакта с компонентом и длина проводов. Калибровка esr тестера конечно помогает решить проблему длины проводов, но лучше использовать провода минимальной длины и большого сечения.


Для более опытных есть прибор, который можно отнести если не к профессиональным, то уж точно близким к ним. Кроме стандартных измерений он позволяет проводить комплексные, а также измерять добротность, диэлектрические потери, причем данный прибор имеет четырехпроводное подключение.
Также этот прибор позволяет проводить измерения на трех частотах, 100 Гц, 1 и 7.8кГц.

Продается такой прибор как в виде конструктора для сборки, так и в виде собранного устройства, у меня есть подробный обзор данного прибора и процесса его сборки.


Прибор может работать как в автоматическом режиме выбора измеряемой величины, так и в ручном, лучше использовать с ручным режимом так как автоматика иногда неверно определяет тип компонента.


Наличие четырехпроводного подключения сразу ставит XJW01 на голову выше многих других любительских приборов, такое подключение позволяет разделить цепи генератора тока и измерительной части, потому длина проводов и сопротивление контакта перестает влиять на результаты измерения.
Именно такой тип подключение используется наверное почти во всех профессиональных приборах, и даже там где компонент подключается прямо в клеммы прибора, также используется специальная контактная группа, состоящая из четырех контактов.


Для подключения измеряемых компонентов используются специальные зажимы, пинцеты и выносные контактные группы, а так как они также используют разъемы BNC для подключения, то даже фирменные устройства совместимы с показанным выше XJW01.


Фактически все то же самое есть у фирменных, но относительно бюджетных LCR-метров от фирм Uni-T и Hantek. Они также имеют четырехпроводное подключение, измерение емкости, индуктивности и сопротивления включая ESR и комплексные измерения.
При этом часто современные приборы могут измерять на частотах до 100кГц, что позволяет тестировать компоненты на более высоком уровне. Особенно это может помочь при отборе конденсаторов для работы в современных импульсных блоках питания, частота работы которых находится на сопоставимом значении.


Еще стоит отметить устройства которые можно отнести к начальному классу профессиональных, например ET4401
Прибор интересный, может как нибудь попробую как он в работе.



Но нужно быть внимательным, в продаже есть большое количество подобных измерителей LCR, при этом у них часто декларируется диапазон частот до 100 кГц, Однако если внимательно прочитать инструкцию, то станет понятно что в режиме измерения на такой частоте максимальная измеряемая емкость существенно ниже. Для примера инструкция от DT9935, на частоте 10кГц он может измерять до 200мкФ, а на 100кГц всего до 2мкФ.


Ну а дальше идут уже приборы профессионального класса, которые чаще всего обычному пользователю будут слишком дороги. Во многом они похожи на те, что показаны выше, часто используется тот же принцип измерения, но элементная база, функциональные возможности, подключение к компьютеру и особенно возможность поверки относят их к совсем другому классу. Конечно они выходят за рамки данной статьи, но и совсем забыть про них было бы некорректным. Например на фото LCR-метр Rohde & Schwarz HM8118, заявленная погрешность 0.05-0.5% (у XJW01 заявляется 0.3-0.5%), цена около $3000.
Из особенностей - измерение на частотах до 200кГц, до 12 измерений в секунду, напряжение смещения внешнего конденсатора до 40В.



Резюмируя все вышесказанное можно сказать, что для начинающего радиолюбителя более чем достаточно обычного транзистортестера, который перекроет 90% его задач, опытным скорее всего потребуется прибор посложнее и здесь можно смотреть либо на готовые приборы от брендов среднего уровня, либо на конструкторы типа XJW01. А вот тем кто работает профессионально, возможно будут нужен не просто прибор, а прибор которые числится в госреестре и соответственно которому можно заказать метрологическую поверку, это также является отличием профессиональных приборов от любительских, хоть и качественных.