Homebrew VK3BHR LC Meter

AADE LC Meter

Seorang hombrewer elektronika yang bekerja di Radio Frekuensi (RF) tentu merasa ada yang kurang bila belum memiliki alat ukur lilitan (induktor) dan kapasitor, bahkan tidak jarang diantaranya mengurungkan niat untuk mencoba rangkaian RF yang didalamnya terdapat komponen induktor dengan nilai sekian-sekian uH (micro Henry).

Bila kita mencoba untuk searching ke Internet, sebenarnya akan banyak dijumpai berbagai macam jenis LC meter baik manual maupun menggunakan telah dilengkapi dengan display LCD meter yang menarik. Saking banyaknya, kita akan bingung mana yang harus dicoba, dan dijadikan salah satu alat ukur andalan kita.

Previous Schematic

Berikut akan ditulis sebuah LC meter yang terbuat dari sebuah IC PIC 16F628 modifikasi dari OM. Phil Rice VK3BHR, seorang Amatir Radio dan Dosen di sebuah Universitas di New Zeland. Sesuai dengan pengakuan dari VK3BHR, rangkaian ini dimodifikasi dari LC Meter AADE yang sebelumnya menggunakan PIC 16F84 dan Oscillator LM311, kemudian dimodif untuk memanfaatkan PIC 16F628 namun masih menggunakan LM311, terakhir dimodif kembali tanpa menggunakan LM311, karena keberadaan IC ini digantikan dengan internal comparator (sejenis Op-Amp) di dalam IC 16F628, serta menambahkan kemampuan kalibrasi terhadap komponen standar di luar, untuk dijadikan referensi perhitungannya. Nilai referensi tersebut disimpan di dalam memory EEPROM IC PIC 16F628. Walhasil, rangkaian menjadi minim komponen, kompak dan dapat dikalibrasi.

New Schematic

Pada tahun 2003, saya pernah membuat LC meter AADE yang menggunakan IC 16F84A dan LM311 dimaksud, masih berfungsi dan setia menemani setiap eksperimen yang saya lakukan sampai hari ini. Bagi pembaca yang ingin melihat website LC meter AADE ini silakan click HERE. Sementara untuk rangkaian yang akan disampaikan disini, yaitu VK3BHR LC meter dapat dilihat di website aslinya HERE. All thanks are tributted to OM Phil Rice VK3BHR for his hundred working hours and brilliant ideas. Oh ya, thanks buat Rekan saya OM Putut YD3DKP di Kediri yang mendorong saya untuk menuliskan dan sharing LC meter ini kepada Rekan AR lain yang mungkin membutuhkan.

Rangkaian VK3BHR LC Meter ditunjukkan oleh gambar disamping, dimana blok utama adalah terdiri dari Oscillator Unit dan Penghitung perbedaan frekuensi yang akhirnya diconvert ke nilai Induktansi maupun kapasitansi. Oscillator unit dibentuk oleh dua buah comparator (sejenis Op-Amp) internal di dalam PIC, dimana komponen yang sedang diukur (baik L atau C) merupakan bagian dari tank coil rangkaian Oscillator tersebut, sehingga dengan mengetahui frekuensi osilasi maka nilai komponen yang sedang diukur akan dapat ditentukan.

Calculation Formula

Cara Kerja Rangkaian

1. Pada saat switch di ON-kan, maka sesaat PIC akan mencatat frekuensi osilasi F1 rangkaian OSC dengan rumus (i), lihat pada ilustrasi. Untuk menyelesaikan persamaan tersebut masih dibutuhkan variable tambahan.
2. PIC akan mengaktifkan reed-relay untuk melakukan kalibrasi otomatis. Pada saat kalibrasi akan diperoleh frekuensi osilasi F2 dengan persamaan (ii), dimana frekuensi ini berbeda dengan frekuensi F1, karena ada tambahan Ccal, misal nilai Ccal = 1000pf dengan toleransi 2%, maka asumsinya adalah Ccal = 1020pf.
3. Berbekal dengan variable yang ada yaitu F1, F2 dan Ccal diatas, maka kita akan mendapatkan nilai L1 dan C1, melalui rumus (iii) dan (iv). Nilai F1, L1 dan C1 tersebut kemudian disimpan oleh PIC dalam memory.
4. Selanjutnya LC Meter akan mengirimkan pesan bahwa ia siap untuk melakukan pengukuran.
5. Misal pengukuran lilitan Lx, maka switch pengukuran harus dipindahkan ke pengukuran L, akan diperoleh frekuesni osilasi akibat adanya serial L1 + Lx sebesar F2 yang ditunjukkan dengan rumus (v). Dengan mensubstitusikan nilai L1 dan C1, ke rumus (v) tersebut, maka nilai Lx dapat diselesaikan dengan rumus (vi).
6. Demikian juga halnya pengukuran Cx, maka switch pengukuran harus dipindahkan untuk mengukur C, akan diperoleh frekuensi osilasi akibat adanya serial C1 + Cx sebesar F2, ditunjukkan oleh rumus (vii). Dengan cara yang sama, maka Cx dapat diperoleh dengan persamaan (viii).
7. Proses perhitungan tersebut dilakukan periodik oleh PIC, sehingga hasil pembacaan selalu terupdate ke LCD.

16x2 on Project Board

Dari hasil pengalaman merakit rangkaian ini, maka saya merekomendasikan untuk tidak membuatnya dalam papan rangkaian project (project board), karena sangat berpotensi munculnya osilasi parasitik yang akan mempengaruhi kinerja dari oscilator, yang akhirnya juga akan mempengaruhi hasil pembacaan secara keseluruhan. Penggunaan PCB sangat disarankan, dan pastikan untuk memotong bagian kaki komponen sependek mungkin untuk menghindari osilasi parasitik yang tidak diinginkan. Terimakasih kepada OM Juhar (YC3TKM) di Gresik, yang telah meluangkan waktu membuat PCB slide VK3BHR LC Meter untuk kita.

Beberapa Tips Pembuatan VK3BHR LC Meter

• Dua kapasitor (C dan Coal) 1000pF dianjurkan menggunakan kualitas yang bagus untuk menjaga kestabilan frekuensi oscillator. Dianjurkan menggunakan kapasitor jenis polystyrene. Jenis MKT juga bagus. Bila tidak ada jenis-jenis tersebut, kapasitor NPO (dengan tanda hitam dikepalanya) bisa digunakan. Hindari menggunakan kapasitor keramik.
• Dua kapasitor polar 10uF dianjurkan menggunakan jenis tantalum (untuk memperoleh resistansi/induktansi seri/dalam yang kecil).
• Kristal 4MHz adalah harus tepat 4.000MHz, bukan nilai yang medekati. Setiap terjadi kesalahan sebesar 1% pada frekuensi kristal maka akan menambahkan kesalahan pada pembacaan nilai induktor sebesar 2%.
• Relay harus menggunakan jenis arus yang rendah. PIC hanya mampu memberikan arus sebesar 30mA. Gunakan micro Relay atau Reed Relay.
• Jangan lupa menambahkan diode “catch” paralel dengan relay, bisa menggunakan 1N4148 atau jenis lainnya.

Test Link

Langkah-langkah testing dan kalibrasi LC Meter

• Cek kembali apakah semua komponen pada tempat yang benar.
• Cek kembali semua kaki komponen telah tersolder sempurna, dan tidak ada jalur PCB yang saling terhubung secara tidak sengaja.
• Cek kembali posisi kaki diode dan 7805, jangan sampai terbalik atau salah.
• Jangan lupa – IC PIC yang dibeli dari toko belum terisi program, Anda harus meload program kedalamnya, bila tidak maka rangkaian tidak akan bekerja.
• Nyalakan catuan dengan hati-hati. Arus yang dikonsumsi oleh rangkaian seharusnya kurang dari 20mA. Jika anda tidak melihat apapun di layar LCD, sementara semuanya telah dicek kembali dalam keadaan OK, coba lakukan adjusting pada trimpot yang mengatur kekontrasan LCD. Jika trimpot ini diset terlalu lemah, maka karakter tidak akan terlihat pada layar LCD. Jika karakter sudah terlihat, pada saat dinyalakan seharusnya akan terlihat pesan “Calibrating”, kemudian C=0.0pF (atau nilai lain sampai dengan +/- 10pF).
• Biarkan beberapa saat rangkaian dalam kondisi aktif untuk pemanasan, kemudian tekan tombol “zero” untuk memaksa rangkaian melakukan re-Calibration kembali. Display sekarang seharusnya menunjukkan nilai C=0.0pF.
• Hubungkan kapasitor standar yang memiliki akurasi nilai baik. LC meter seharusnya membaca nilai kapasitor tersebut mendekati dengan nilai nominalnya (dengan error +/-10%).
• Untuk menaikkan pembacaan kapasitansi, hubungkan jumper dengan tanda “4” pada diagram dibawah. Sementara untuk menurunkan pembacaan kapasitansi, hubungkan jumper dengan tanda “3” pada diagram dibawah. Ketika pembacaan sudah mendekati nilai nominal kapasitor standar, lepaskan jumper. PIC akan mengingat hasil kalibrasi tersebut. Anda dapat mengulang proses kalibrasi tersebut sebanyak yang anda suka (EEPROM PIC membatasi sampai dengan 10.000.000 kali).
• Jika terjadi kejanggalan pada LC meter, anda dapat menghubungkan jumper “1” dan “2” untuk mengecek frekuensi dari oscillator. Hubungkan jumper “2” untuk mengecek frekuensi free running dari oscillator disebut dengan “F1”. Nilainya harus ditampilkan sebagai 00050000 +/- 10%. Jika ternyata nilainya terlalu tinggi (mendekati 00065535), maka LC meter akan mengalami overflow dan memberikan pesan error. Jika nilainya terlalu rendah (misal dibawah 00040000), anda akan kehilangan akurasi pengukuran. Hubungkan jumper “1″ untuk mengecek frekuensi kalibrasi yaitu “F2”. Nilainya harus berkisar 71% +/- 5% dari nilai “F1″ yang diperoleh dari menghubungkan jumper “2″ diatas.
• Beberapa pengguna mungkin ingin melakukan adjustment terhadap induktor sehingga F1 mendekati 00060000 untuk mendapatkan akurasi maksimum dari LC meter. Maka, indultor “L” dengan nilai 82uH dianjurkan untuk kepentingan tersebut, dibandingkan dengan menggunakan induktor dengan nilai 100uH.
• Jika meter menunjukkan nilai mendekati 00000000 untuk F1 dan/atau F2, lakukan pengecekan ulang terhadap semua perkabelan disekitar switch L/C, hal ini menunjukkan bahwa oscillator berhenti bekerja.
• Fungsi pengukur induktor secara otomatis akan terkalibrasi, ketika anda melakukan kalibrasi dengan menggunakan kapasitor standar diatas. Anda bisa mencoba menghubungkan kedua terminal pengukur, maka pembacaan “L” seharusnya memberikan nilai Nol.

8x2 by YC3TKM

Telah banyak Rekan-rekan saya, termasuk saya yang berhasil membuat VK3BHR LC Meter ini dengan hasil yang cukup memuaskan. Berikut saya tampilkan beberapa foto dari eksperimen Rekan-rekan saya, diantarannya adalah OM Juhar YC3TKM dengan menggunakan LCD 8×2 karakter.

Berikut dapat anda download file script *.asm maupun yang siap untuk ditulis di PIC *.hex, untuk LCD 8×2 karakter, 16×1 karakter dan 16×2 karakter.

Resources … VK3BHR LC Meter with 16F628

File Hex, ASM, PCB

Untuk file dengan extention *.asm dan *.hex, sengaja disimpan dengan extention *.pdf, setelah didownload silakan *.pdf-nya dihapus, misalkan file lc2a-16×2.hex.pdf, silakan direname menjadi lc2a-16×2.hex

Untuk mendownload, click kanan … Save As … Pilih dimana akan disimpan …

• LC Meter PCB by YC3TKM – PCB
• LC Meter PCB by YC3TKM – XRAY
• LC Meter HEX – 8×2.hex
• LC Meter HEX – 16×1.hex
• LC Meter HEX – 16×2.hex
• LC Meter VK3BHR Source.asm

Referensi

• http://yd1chs.wordpress.com/2009/09/12/homebrew-vj3bhr-lc-meter/
• http://www.aade.com/lcmeter.htm
• http://ironbark.bendigo.latrobe.edu.au/~rice/lc/index2.html

Pranala Menarik

• Homebrew
• Amatir Radio