3-znamenkasti krug LED mjerača kapaciteta

Ovaj je projekt još jedna ispitna oprema koja može biti vrlo korisna svakom elektroničkom hobiju, a izrada ove jedinice može biti vrlo zabavna.

Mjerač kapacitivnosti vrlo je korisna ispitna oprema jer omogućava korisniku da provjeri željeni kondenzator i potvrdi njegovu relativnost.

Uobičajena ili standardna digitalna brojila uglavnom nemaju uređaj za mjerenje kapacitivnosti, pa se zato elektronički entuzijast mora osloniti na skupa brojila da bi dobio ovaj objekt.

Sklop o kojem se govori u sljedećem članku objašnjava napredni, ali jeftini troznamenkasti LED mjerač kapacitivnosti, koji pruža prilično precizno mjerenje za niz kondenzatora koji se obično koriste u svim suvremenim elektroničkim krugovima.

Rasponi kapaciteta

Predloženi dizajn sklopa mjerača kapacitivnosti nudi LED zaslon s 3 znamenke i mjeri vrijednosti s pet raspona, kako je navedeno u nastavku:

Raspon # 1 = 0 do 9,99 nF
Raspon # 2 = 0 do 99,9 nF
Raspon # 3 = 0 do 999 nF
Raspon # 4 = 0 do 9,99 µF
Raspon # 5 = 0 do 99,99 µF

Gore navedeni rasponi uključuju većinu standardnih vrijednosti, međutim dizajn nije u stanju odrediti izuzetno niske vrijednosti nekoliko pikofarada ili elektrolitskih kondenzatora velike vrijednosti.

Praktično ovo ograničenje možda ne predstavlja preveliku zabrinutost jer se kondenzatori izuzetno male vrijednosti rijetko koriste u današnjim elektroničkim sklopovima, dok bi se veliki kondenzatori mogli testirati pomoću nekoliko serijski povezanih kondenzatora, što će kasnije biti detaljno opisano u sljedeći odlomci.

Kako radi

Uključena je LED upozorenja za preljev kako bi se spriječila netočna očitanja u slučaju odabira neprikladnog raspona. Uređaj se provodi kroz 9-voltnu bateriju i stoga je apsolutno prenosiv.

Slika 2 prikazuje shemu sklopa za satni oscilator, oscilator niskog Hz, logički kontroler i monostabilne multivibratorne faze kruga LED mjerača kapacitivnosti.

Faze brojača / pokretačkog programa i preljevnog kruga prikazane su na sljedećoj slici iznad.

Gledajući sliku 2, IC5 je 5-voltni regulator fiksnog napona koji pruža lijepo regulirani izlaz od 5 volti iz izvora od 9 volti baterije. Cijeli krug koristi ovu reguliranu snagu od 5 volti za rad.

Baterija bi trebala biti visoke mAh, budući da je trenutna upotreba kruga prilično velika i iznosi oko 85 mA. Trenutna potrošnja mogla bi prijeći 100 mA kad god je većina zaslona s 3 zaslona osvijetljena za prikaz.

Oscilator niske frekvencije izgrađen je oko IC2a ​​i IC2b koji su CMOS NOR vrata. Ipak, u ovom određenom krugu ti su IC-ovi povezani kao osnovni pretvarači i primjenjuju se kroz uobičajene CMOS-ove prilagodljive postavke.

Primijetite da je radna frekvencija stupnja oscilatora puno veća u odnosu na frekvenciju kojom se daju očitanja, jer ovaj oscilator mora generirati 10 izlaznih ciklusa kako bi omogućio završetak jednog ciklusa očitavanja.

IC3 i IC4a konfigurirani su kao upravljački logički stupanj. IC3 koji je CMOS 4017 dekoder / brojač, uključuje 10 izlaza ('0' do '9'). Svaki od ovih izlaza ide visok, uzastopno, za svaki pojedinačni uzastopni ciklus takta. U ovom konkretnom dizajnu izlaz '0' isporučuje brojač na sat za resetiranje.

Izlaz '1' nakon toga postaje visok i prebacuje monostabilni koji stvara impuls vrata na krugu sata / brojača. Izlazi '2' do '8' nisu povezani, a vremenski interval kroz koji se ova dva izlaza okreću omogućuje malo vremena kako bi impuls vrata mogao završiti i omogućio da brojanje završi.

Izlaz '9' daje logički signal koji prebacuje novo očitanje preko LED zaslona, ​​međutim ova logika treba biti negativna. To se postiže s IC4a koji invertira signal s izlaza 9 tako da se pretvara u odgovarajući impuls.

Monostabilni multivibrator je standardna CMOS verzija koja koristi nekoliko ulazna NOR ulaza (IC4b i IC4c). Iako je jednostavan monostabilni dizajn, nudi značajke zbog kojih je savršeno dostojan trenutne primjene.

Ovo je oblik koji se ne može ponovno pokrenuti i kao rezultat daje izlazni impuls koji je manji od impulsa okidača generiranog iz IC3. Ova je funkcija zapravo kritična, jer kada se koristi retriggerable tip, najmanje očitanje s zaslona može biti prilično visoko.

Samokapacitivnost predloženog dizajna prilično je minimalna, što je neophodno jer bi znatan stupanj lokalne kapacitivnosti mogao poremetiti linearni atribut kruga, što bi rezultiralo ogromnim najnižim očitanjem na zaslonu.

Tijekom korištenja, prototipni zaslon mogao se vidjeti s očitanjem '000' u svih 5 raspona kada na konektorima za testiranje nije povezan kondenzator.

Otpornici R5 do R9 funkcioniraju kao otpornici za odabir raspona. Kada smanjite vremenski otpor u koracima desetljeća, vremenski kapacitet potreban za određeno očitanje povećava se u koracima desetljeća.

Ako uzmemo u obzir da su rasponski otpornici ocijenjeni tolerancijom od najmanje 1%, može se očekivati ​​da će ova postavka pružiti pouzdana očitanja. To znači da možda neće biti potrebno da se svaki raspon kalibrira zasebno.

R1 i S1a ožičeni su za pokretanje segmenta decimalne točke na ispravnom LED zaslonu, osim za raspon 3 (999nF) u kojem indikacija decimalne točke nije potrebna. Oscilator sata je zapravo uobičajena 555 prilagodljiva konfiguracija.

Pot RV1 koristi se kao regulator frekvencije takta za kalibraciju ovog LED mjerača kapacitivnosti. Monostabilni izlaz koristi se za upravljanje pinom 4 IC 1, a oscilator sata će se aktivirati samo dok je dostupno razdoblje vrata. Ova funkcija eliminira zahtjev za neovisnim ulazom signala.

Sada provjeravajući sliku 3, nalazimo da je krug brojača ožičen pomoću 3 ICOS-a CMOS 4011. Oni se zapravo ne prepoznaju iz idealne CMOS logičke obitelji, ali ipak su to izuzetno fleksibilni elementi vrijedni česte potrošnje.

Oni su zapravo konfigurirani kao brojači gore / dolje koji imaju pojedinačne ulaze sata i izlaze za prijenos / posuđivanje. Kao što se može razumjeti, potencijal za upotrebu u načinu rada brojača dolje ovdje je besmislen, ulaz donjeg sata je zato zakačen negativnom linijom napajanja.

Tri brojača povezana su uzastopno kako bi se omogućio uobičajeni prikaz od 3 znamenke. Ovdje je IC9 ožičen da generira najmanje značajnu znamenku, a IC7 omogućuje najznačajniju znamenku. 4011 uključuje brojač desetljeća, dekoder od sedam segmenata i stupnjeve pokretača zasuna / zaslona.

Iz tog bi razloga svaki pojedinačni IC mogao zamijeniti tipičnu opciju brojača / vozača / zasuna u TTL stilu. Izlazi imaju dovoljno snage da izravno osvijetle bilo koji odgovarajući zajednički katodni sedmosegmentni LED zaslon.

Unatoč niskonaponskom napajanju od 5 volti, preporučuje se da svaki pojedini segment LED zaslona prođe kroz otpornik za ograničavanje struje, tako da trenutna potrošnja cijele jedinice mjerača kapcitance može biti ispod prihvatljive razine.

Izlaz IC7 'za nošenje' primjenjuje se na ulaz IC6 sata, to jest dvostruki D tip podijeljen s dva flip / flop. Međutim, u ovom određenom krugu implementiran je samo jedan dio IC. Izlaz IC6 će prebaciti stanje samo kada postoji preopterećenje. To implicira, ako je preopterećenje značajno veliko, rezultirat će mnogim izlaznim ciklusima iz IC7.

Izravno napajanje LED indikatora LED1 kroz IC6 moglo bi biti prilično neprikladno, jer ovaj izlaz može biti trenutačan, a LED možda može generirati samo nekoliko kratkih osvjetljenja koja mogu lako ostati nezapažena.

Da bi se izbjegla ova situacija, IC7 izlaz koristi se za pogon osnovnog sklopa / resetiranja bistabilnog kruga stvorenog ožičenjem para normalno praznih vrata IC2, a zatim zasun prebacuje LED indikator LED1. IC3 resetira dva IC6 i zasun kako bi preljevni krug započeo ispočetka kad god se implementira novo testno očitanje.

Kako graditi

Konstruiranje ovog troznamenkastog kruga mjerača kapacitivnosti zapravo je približno pravilno sastavljanje svih dijelova u donjem rasporedu PCB-a.

Imajte na umu da su IC sve vrste CMOS-a i stoga osjetljive na statički elektricitet iz vaše ruke. Da biste izbjegli oštećenja statičkim elektricitetom, preporučuje se upotreba IC utičnica. Držite IC na tijelu i ugurajte ih u utičnice, a da pritom ne dodirujete igle.

Kalibriranje

Prije nego što započnete s kalibracijom ovog finaliziranog kruga s 3-znamenkastim mjeračem kapacitivnosti, možda će biti važno upotrijebiti kondenzator uske tolerancije i veličine koji osigurava približno 50 do 100% punog opsega mjerila.

Zamislimo da je C6 ugrađen u jedinicu i primjenjuje se za kalibraciju brojila. Sada prilagodite uređaj na raspon # 1 (9,99 nF pune skale) i umetnite izravnu vezu preko SK2 i SK4.

Dalje, vrlo nježno prilagodite RV1 kako biste na zaslonu vizualizirali odgovarajuće očitanje od 4,7 nF. Jednom kad to učinite, možete pronaći jedinicu koja pokazuje odgovarajuće ispravna očitanja na nizu kondenzatora.

Međutim, molim vas, nemojte očekivati ​​da će očitanja biti točno točna. 3-znamenkasti mjerač kapacitivnosti sam po sebi prilično je precizan, iako će, kao što je prethodno rečeno, zasigurno biti popraćen nekim manjim odstupanjima.

Zašto se koriste 3 LED zaslona

Mnogi kondenzatori imaju prilično velika dopuštena odstupanja, iako nekoliko vrsta može sadržavati stopu točnosti veću od 10%. Praktično govoreći, uvođenje treće znamenke LED zaslona možda neće biti opravdano s obzirom na očekivanu preciznost, unatoč tome je povoljno zbog činjenice da učinkovito proširuje najniži kapacitet koji uređaj može čitati tijekom cijelog desetljeća.

Ispitivanje starih kondenzatora

U slučaju da se stari kondenzator testira s ovom opremom, mogli biste vidjeti da digitalno očitanje na zaslonu postupno raste. To ne mora nužno značiti neispravan kondenzator, već to može biti jednostavno rezultat topline naših prstiju zbog koje vrijednost kondenzatora neznatno raste. Tijekom umetanja kondenzatora u utore SKI i SK2, pripazite da kondenzator držite za njegovo tijelo, a ne za elektrode.

Ispitivanje prekomjernih kondenzatora velike vrijednosti

Kondenzatori velike vrijednosti koji nisu unutar dosega ovog LED mjerača kapacitivnosti, mogli bi se ispitati spajanjem kondenzatora velike vrijednosti u seriju s kondenzatorom manje vrijednosti, a zatim ispitivanjem ukupne serijske kapacitivnosti dviju jedinica.

Recimo, želimo ispitati kondenzator na kojem je otisnuta vrijednost 470 µF. To se može provesti dodavanjem u seriju s kondenzatorom od 100 µF. Tada bi se vrijednost kondenzatora 470 µF mogla provjeriti pomoću sljedeće formule:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 uF

82,5 µF potvrdit će da je 470 µF u redu sa svojom vrijednošću. Ali pretpostavimo, ako mjerač pokazuje neka druga očitanja poput 80 µF, to bi značilo da 470 µF nije u redu, jer bi njegova stvarna vrijednost tada bila:

(X x 100) / (X + 100) = 80
100X / X + 100 = 80
100X = 80X + 8000
100X - 80X = 8000
X = 400 uF

Rezultat ukazuje na to da zdravlje testiranog kondenzatora od 470µF možda nije baš dobro

Dvije dodatne utičnice (SK3 i SK4) i kondenzator C6 mogu se vidjeti na dijagramu. Namjera SK3 je olakšati pražnjenje ispitnih elemenata dodirivanjem preko SK1 i SK3 prije nego što se dodaju na SKI i SK2 za mjerenje.

To je primjenjivo samo na one kondenzatore koji mogu imati tendenciju pohranjivanja zaostalog naboja kad se uklone iz kruga neposredno prije ispitivanja. Kondenzatori visoke vrijednosti i visokog napona oni su koji su osjetljivi na ovaj problem.

Međutim, u ozbiljnim uvjetima kondenzatori će se možda morati lagano isprazniti putem otpornika za odzračivanje prije nego što ih izvadite iz kruga. Razlog uključivanja SK3 je dopuštanje da se kondenzator koji se ispituje isprazni spajanjem preko SK1 i SK3 prije testiranja na SKI i SK2 radi mjerenja.

C6 je praktičan, uzorak kondenzator spreman za upotrebu za brzu kalibraciju. U slučaju da ispitni kondenzator pokazuje pomalo pogrešno očitanje, tada bi moglo biti bitno prebaciti se na raspon 1 i postaviti kratkospojnik preko SK2 na SK4, tako da se C6 spoji kao ispitni kondenzator. Dalje, možda biste trebali provjeriti je li na zaslonima naznačena legitimna vrijednost 47nF.

Međutim, treba shvatiti jednu stvar: Mjerač je sam po sebi prilično precizan u roku od nekoliko% plus / minus, osim vrijednosti kondenzatora gotovo identičnih vrijednosti kalibracije. Dodatno je pitanje što očitanja kondenzatora mogu ovisiti o temperaturi i nekoliko vanjskih parametara. U slučaju da očitanje kapacitivnosti pokaže malu pogrešku koja prelazi vrijednost tolerancije, to najvjerojatnije ukazuje na to da je dio apsolutno u redu i da ni na koji način nije neispravan.

Popis dijelova