3-jegyű LED-es kapacitásmérő áramkör

Ez a projekt egy újabb tesztberendezés, amely rendkívül hasznos lehet minden elektronikus hobbi számára, és ennek az egységnek a felépítése nagyon szórakoztató lehet.

A kapacitásmérő nagyon hasznos tesztberendezés, mivel lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy ellenőrizze a kívánt kondenzátort és megerősítse annak megbízhatóságát.

A szokásos vagy szabványos digitális mérők többnyire nem rendelkeznek kapacitásmérővel, ezért az elektronikus rajongóknak költséges mérőktől kell függeniük, hogy ezt a szolgáltatást megszerezzék.

A következő cikkben tárgyalt áramkör egy fejlett, mégis olcsó háromjegyű LED-kapacitásmérőt ismertet, amely ésszerű pontosságú mérést biztosít az összes korabeli áramkörben általánosan használt kondenzátor-tartományhoz.

Kapacitás tartományok

A javasolt kapacitásmérő áramkör kialakítása háromjegyű LED-kijelzőt biztosít, és az értékeket öt tartományban méri, az alábbiak szerint:

1. tartomány = 0 és 9,99 nF között
2. tartomány = 0–99,9 nF
3. tartomány = 0 és 999nF között
4. tartomány = 0 és 9,99 uF között
5. tartomány = 0 és 99,99 µF között van

A fenti tartományok tartalmazzák a legtöbb standard értéket, azonban a kialakítás nem képes néhány picofarád vagy nagy értékű elektrolit kondenzátor rendkívül alacsony értékeinek meghatározására.

Gyakorlatilag ez a korlátozás nem okozhat túl nagy aggodalmat, mivel a rendkívül alacsony értékű kondenzátorokat ritkán használják a mai elektronikus áramkörökben, míg a nagy kondenzátorokat néhány soros csatlakoztatott kondenzátor felhasználásával lehet tesztelni, amint ezt később részletesen leírjuk. a következő bekezdések.

Hogyan működik

Túlcsordulásjelző LED van beépítve annak érdekében, hogy a pontatlan leolvasást megakadályozzák, ha nem megfelelő tartományt választanak. A készüléket egy 9 voltos akkumulátoron keresztül hajtják, ezért teljesen hordozható.

A 2. ábra bemutatja az óra oszcillátor, az alacsony Hz-es oszcillátor, a logikai vezérlő és a LED-es kapacitásmérő áramkör monostabil multivibrátor szakaszainak kapcsolási rajzát.

A számláló / meghajtó és a túlfolyó áramkör szakaszait a fenti ábra mutatja.

A 2. ábrát nézve az IC5 egy 5 voltos rögzített feszültségszabályozó, amely szépen szabályozott 5 voltos kimenetet biztosít a 9 voltos akkumulátorforrásból. A teljes áramkör ezt a szabályozott 5 voltos energiát használja a működéshez.

Az akkumulátornak magas mAh-értékűnek kell lennie, mivel az áramkör jelenlegi felhasználása meglehetősen nagy, körülbelül 85 mA. Az áramfogyasztás meghaladhatja a 100 mA-t, amikor a 3-kijelző legtöbb számjegye világít a megjelenítéshez.

Az alacsony frekvenciájú oszcillátor az IC2a ​​és IC2b köré épül, amelyek CMOS NOR kapuk. Mindazonáltal, ebben az adott áramkörben ezek az IC-k alap inverterként vannak csatlakoztatva, és a normál CMOS astable beállításon keresztül alkalmazhatók.

Figyeljük meg, hogy az oszcillátor fokozatának működési frekvenciája sokkal nagyobb ahhoz a frekvenciához képest, amellyel az olvasmányokat megadják, mert ennek az oszcillátornak 10 kimeneti ciklust kell generálnia egyetlen olvasási ciklus befejezéséhez.

Az IC3 és az IC4a vezérlő logikai szakaszként van konfigurálva. Az IC3, amely CMOS 4017 dekóder / számláló, 10 kimenetet tartalmaz („0” - „9”). Ezen kimenetek mindegyike egymást követõen minden egyes bemeneti órajel ciklusában magasra emelkedik. Ebben a konkrét tervezési kimenetben a „0” biztosítja a visszaállítási órát a számlálóknak.

Az '1' kimenet ezt követően magasra vált, és átkapcsolja a monostabilitást, amely az óra / számláló áramkör számára létrehozza a kapu impulzust. A „2” és a „8” kimenetek nincsenek összekapcsolva, és az az időintervallum, amely alatt ez a 2 kimenet magasra fordul, lehetővé teszi egy kis időt, hogy a kapu impulzusa kiteljesedhessen, és hogy a számlálás véget érjen.

A '9' kimenet szolgáltatja a logikai jelet, amely rögzíti az új olvasatot a LED-kijelzőn, azonban ennek a logikának negatívnak kell lennie. Ez az IC4a-val valósul meg, amely invertálja a jelet a 9-es kimenetről úgy, hogy az megfelelő impulzussá alakuljon át.

A monostabil multivibrátor egy szabványos CMOS verzió, amely két 2 bemeneti NOR kaput (IC4b és IC4c) használ. Annak ellenére, hogy egyszerű monostabil kialakítású, olyan funkciókat kínál, amelyek tökéletesen méltók a jelenlegi alkalmazáshoz.

Ez egy nem visszahívható forma, és ennek eredményeként olyan kimeneti impulzust biztosít, amely kisebb, mint az IC3 által generált kiváltó impulzus. Ez a funkció valójában kritikus, mert újrakapcsolható típus használata esetén a legkevesebb megjelenítési érték meglehetõsen magas lehet.

A javasolt tervezés önkapacitása meglehetősen minimális, ami elengedhetetlen, mivel a helyi kapacitás jelentős foka megzavarhatja az áramkör lineáris tulajdonságát, ami a legkisebb kijelző-leolvasást eredményezheti.

Használat közben a prototípus kijelző mind az 5 tartományban '000' beolvasásával látható volt, amikor a teszthelyekhez nincs csatlakoztatva kondenzátor.

Az R5 - R9 ellenállások tartományválasztó ellenállóként működnek. Ha évtizedes lépésekben csökkenti az időzítési ellenállást, akkor az adott leolvasáshoz szükséges időzítési kapacitás az évtized lépéseivel növekszik.

Ha figyelembe vesszük, hogy a tartományi ellenállások legalább 1% -os tűréssel vannak besorolva, akkor várható, hogy ez a beállítás megbízható leolvasást eredményez. Ez azt jelenti, hogy nem feltétlenül szükséges az egyes tartományokat külön kalibrálni.

Az R1 és az S1a a tizedespont szegmens futtatásához a megfelelő LED-kijelzőn van bekötve, kivéve a 3. tartományt (999nF), amelyben tizedespontjelzés nem szükséges. Az óra oszcillátor valójában egy közös 555-ös, astable konfiguráció.

A Pot RV1-t használják órajel-frekvenciavezérlőként ennek a LED-kapacitásmérőnek a kalibrálásához. A monostabil kimenetet az IC 1 4 érintkezőjének vezérlésére használják, és az óra oszcillátor csak akkor aktiválódik, amikor a kapu periódus rendelkezésre áll. Ez a funkció kiküszöböli a független jelkapu iránti igényt.

Most ellenőrizve a 3. ábrát, azt találjuk, hogy a számláló áramkör 3 CMOS 4011 IC segítségével van bekötve. Ezeket az ideális CMOS logikai család nem ismeri fel, mindazonáltal rendkívül rugalmas elemek, amelyek érdemesek a gyakori fogyasztásra.

Ezek valójában fel / le számlálóként vannak konfigurálva, egyedi órabemenetekkel és hordozó / kölcsönkimenetekkel. Mint meg lehet érteni, a down counter módban való felhasználás lehetősége itt értelmetlen, ezért a down clock bemenet a negatív tápvezetékhez kapcsolódik.

A három számláló egymás után van összekötve, hogy lehetővé tegye a hagyományos háromjegyű megjelenítést. Itt az IC9 van bekötve a legkevesebb számjegy előállítására, az IC7 pedig a legjelentősebb számjegy előállítására. A 4011 tartalmaz egy évtizedes számlálót, egy hét szegmenses dekódert és egy retesz / kijelző meghajtó fokozatot.

Ezért minden egyes IC helyettesíthet egy tipikus 3 chipes TTL stílusú számláló / meghajtó / retesz opciót. A kimenetek elegendő energiával rendelkeznek ahhoz, hogy közvetlenül megvilágítsák a megfelelő közös katód hét szegmensű LED-kijelzőt.

Az 5 voltos kisfeszültségű tápellátás ellenére ajánlott minden egyes LED-kijelzőt egy áramkorlátozó ellenálláson keresztül vezetni, hogy a teljes átmérőmérő egység áramfogyasztása elfogadható szint alatt maradjon.

Az IC7 'hordozó' kimenetét az IC6 óra bemenetére alkalmazzuk, vagyis kettős D típusú osztással két flip / flop osztással. Ebben a bizonyos áramkörben azonban az IC csak egy részét valósítják meg. Az IC6 kimenet csak túlterhelés esetén vált át állapotot. Ez azt jelenti, hogy ha a túlterhelés jelentősen magas, az IC7 sok kimeneti ciklust eredményez.

A LED1 LED jelzőfény közvetlen áramellátása az IC6-on keresztül meglehetősen nem megfelelő lehet, mert ez a kimenet pillanatnyi lehet, és a LED esetleg csak néhány rövid megvilágítást képes létrehozni, amelyek könnyen észrevétlenek maradhatnak.

Ennek a helyzetnek az elkerülése érdekében az IC7 kimenetet arra használjuk, hogy meghosszabbítsuk a bistabil alapszintű beállítási / visszaállítási áramkört, amelyet egy normál esetben üres IC2 kapu bekötésével hozunk létre, majd a retesz kapcsolja a LED1 LED jelzőt. A két IC6-ot és a reteszt az IC3 alaphelyzetbe állítja annak érdekében, hogy a túlfolyó áramkör a semmiből kezdődjön, amikor új tesztolvasást hajtanak végre.

Hogyan építsünk

Ennek a háromjegyű kapacitásmérő áramkörnek a felépítése csak annyit jelent, hogy az összes alkatrészt helyesen szerelik össze az alább megadott NYÁK-elrendezés alapján.

Ne feledje, hogy az IC mind CMOS típusú, és ezért érzékeny a kezed statikus elektromosságára. A statikus elektromosság okozta károk elkerülése érdekében ajánlott az IC-aljzatok használata. Tartsa az IC-ket a testükön, és nyomja be az aljzatokba, anélkül, hogy közben érintené a csapokat.

Kalibráció

Mielőtt elkezdené kalibrálni ezt a véglegesített 3 jegyű LED-es kapacitásmérő áramkört, fontos lehet olyan kondenzátor alkalmazása, amelynek tűrése és nagysága körülbelül a mérő teljes skálájának 50–100% -át adja.

Képzeljük el, hogy a C6-ot beépítették az egységbe, és a mérő kalibrálásához alkalmazzák. Most állítsa az eszközt az 1. tartományba (9,99 nF teljes skála), és helyezzen közvetlen kapcsolatot az SK2 és az SK4 közé.

Ezután nagyon óvatosan állítsa be az RV1 értéket, hogy a kijelzőn megjelenjen a 4,7 nF megfelelő leolvasása. Ha ez megtörtént, megtalálhatja az egységet, amely a kondenzátorok tartományában a megfelelő értékeket mutatja.

Kérjük, ne számítson arra, hogy az adatok pontosan pontosak lesznek. A 3 számjegyű kapacitásmérő önmagában meglehetősen pontos, bár, amint azt korábban említettük, gyakorlatilag bizonyos kisebb eltérésekkel biztosan együtt jár.

Miért használnak 3 LED-kijelzőt?

Sok kondenzátornak meglehetősen nagy a tűrése, bár néhány fajta 10% -nál nagyobb pontosságú lehet. Gyakorlatilag elmondható, hogy a 3. LED-kijelző számjegyének bevezetése nem lehet indokolt a várt pontosság szempontjából, ennek ellenére előnyös, mivel hatékonyan bővíti azt a legkisebb kapacitást, amelyet az eszköz egy teljes évtizeden át képes beolvasni.

Régi kondenzátorok tesztelése

Abban az esetben, ha egy régi kondenzátort tesztelnek ezzel a berendezéssel, láthatja, hogy a kijelző digitális kijelzője fokozatosan növekszik. Ez nem feltétlenül jelent hibás kondenzátort, inkább egyszerűen ujjaink melegének következménye lehet, ami a kondenzátor értékének marginális emelkedését okozza. Miközben beilleszt egy kondenzátort az SKI és az SK2 nyílásokba, ügyeljen arra, hogy a kondenzátort a testénél fogva tartsa, és ne a vezetékeket.

Túl nagy értékű kondenzátorok tesztelése

A nagy értékű kondenzátorokat, amelyek nem tartoznak ennek a LED-es kapacitásmérőnek a tartományába, meg lehet vizsgálni úgy, hogy a nagy értékű kondenzátort sorba kötjük egy kisebb értékű kondenzátorral, majd teszteljük a két egység teljes sorozatkapacitását.

Tegyük fel, hogy meg akarunk vizsgálni egy kondenzátort, amelyre 470 µF értéket nyomtatunk. Ez úgy valósítható meg, hogy 100µF kondenzátorral sorosan csatlakoztatjuk. Ezután a 470 µF kondenzátor értékét a következő képlet segítségével lehet ellenőrizni:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 uF

A 82,5 µF megerősíti, hogy a 470 µF megfelel az értékének. De tegyük fel, hogy ha a mérő valamilyen más értéket mutat, például 80 µF, akkor ez azt jelentené, hogy a 470 µF nem megfelelő, mivel tényleges értéke akkor lenne:

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

Az eredmény azt jelzi, hogy a tesztelt 470µF kondenzátor állapota nem biztos, hogy túl jó

A két további aljzat (SK3 és SK4) és a C6 kondenzátor látható az ábrán. Az SK3 célja az, hogy megkönnyítse a tesztelemek kisülését azáltal, hogy megérinti az SK1 és SK3 elemeket, mielőtt a méréshez bedugná őket az SKI-be és az SK2-be.

Ez csak azokra a kondenzátorokra vonatkozik, amelyek hajlamosak lehetnek valamilyen maradék töltést tárolni, amikor közvetlenül a tesztelés előtt eltávolítják őket az áramkörből. A nagy értékű és nagyfeszültségű kondenzátorok hajlamosak erre a kérdésre.

Komoly körülmények között azonban előfordulhat, hogy a kondenzátorokat óvatosan ki kell üríteni egy légtelenítő ellenálláson keresztül, mielőtt kivennék őket egy áramkörből. Az SK3 felvételének oka az, hogy lehetővé teszi a tesztelt kondenzátor kisülését az SK1 és SK3 kereszteződésével, mielőtt az SKI-n és az SK2-n keresztül tesztelné őket a méréshez.

A C6 praktikus, használatra kész mintakondenzátor a gyors kalibráláshoz. Abban az esetben, ha a tesztelt kondenzátor hibás leolvasást mutat, elengedhetetlen lehet az 1-es tartományra váltani, és az SK2-n át az SK4-re át kell helyezni egy áthidaló összekötőt, hogy a C6 csatlakozzon mint teszt-kondenzátor. Ezután érdemes ellenőrizni, hogy a 47nF jogos értéke szerepel-e a kijelzőn.

Van azonban egy dolog, amit meg kell érteni: A mérő önmagában meglehetősen pontos, néhány% plusz / mínuszon belül, eltekintve a kalibrációs értékkel szinte azonos kondenzátorértékektől. További kérdés, hogy a kondenzátor leolvasása függhet a hőmérséklettől és néhány külső paramétertől. Abban az esetben, ha a kapacitás leolvasása egy kis hibát mutat, amely meghaladja a tolerancia értékét, ez valószínűleg azt jelzi, hogy az alkatrész teljesen rendben van, és semmiképpen sem hibás.

Alkatrész lista