2 yksinkertaista kapasitanssimittaripiiriä selitetty - IC 555 ja IC 74121

Tässä viestissä puhumme parista helposta, mutta erittäin kätevästä pienestä piiristä taajuusmittarin ja kapasitanssimittarin muodossa käyttäen kaikkialla olevaa IC 555: tä.

Kuinka kondensaattorit toimivat

Kondensaattorit ovat yksi tärkeimmistä elektronisista komponenteista, jotka kuuluvat passiivisten komponenttien perheeseen.

Niitä käytetään laajasti elektronisissa piireissä, eikä käytännössä mitään piiriä voida rakentaa ilman näitä tärkeitä osia.

Kondensaattorin perustehtävänä on estää tasavirta ja kulkea vaihtovirta tai yksinkertaisesti sanottuna minkä tahansa luonnossa sykkivän jännitteen annetaan kulkea kondensaattorin läpi ja kaikki jännitteet, joita ei ole polarisoitu tai DC: n muodossa, estetään kondensaattori latausprosessin kautta.

Toinen tärkeä kondensaattorien tehtävä on varastoida sähköä lataamalla ja toimittamalla se takaisin liitettyyn piiriin purkamisprosessin avulla.

Kaksi yllä olevaa kondensaattoreiden päätoiminnot Niitä käytetään useiden tärkeiden toimintojen toteuttamiseen elektronisissa piireissä, jotka mahdollistavat lähtöjen saamisen suunnittelun vaadittujen spesifikaatioiden mukaisesti.

Kuitenkin toisin vastukset, kondensaattorit on vaikea mitata tavallisilla menetelmillä.

Esimerkiksi tavallisessa monitestimittarissa voi olla monia mittausominaisuuksia, kuten OHM-mittari, volttimittari, ampeerimittari, dioditesteri, hFE-testeri jne., Mutta sillä ei ehkä ole vain harhaanjohtavaa kapasitanssin mittausominaisuus .

Kapasitanssimittarin tai induktanssimittarin ominaisuuden nähdään olevan käytettävissä vain huippuluokan yleismittareissa, jotka eivät todellakaan ole halpoja, eivätkä kaikki uudet harrastajat voi olla kiinnostuneita hankkimaan niitä.

Tässä käsitelty piiri ratkaisee nämä ongelmat erittäin tehokkaasti ja osoittaa, kuinka rakentaa yksinkertainen halpa kapasitanssikumi taajuusmittari jonka kuka tahansa sähköinen aloittelija voi rakentaa kotona ja käyttää aiottuun hyödylliseen sovellukseen.

Piirikaavio

Kuinka taajuus toimii kapasitanssin havaitsemiseksi

Kuvaan viitaten IC 555 muodostaa koko kokoonpanon sydämen.

Tämä työhevosen monipuolinen siru on määritetty vakiomoodissaan, joka on monostabiili monivibraattoritila.
Jokainen positiivinen pulssin huippu, joka syötetään sisääntulossa, joka on IC: n nasta # 2, luo vakaan ulostulon ennalta määrätyllä kiinteällä jaksolla, jonka ennalta asetettu P1 asettaa.

Kuitenkin jokaisesta pulssin huipun pudotuksesta monostabiili nollautuu ja käynnistyy automaattisesti seuraavan saapuvan huippun kanssa.

Tämä tuottaa eräänlaisen keskimääräisen arvon IC: n lähdössä, joka on suoraan verrannollinen käytetyn kellon taajuuteen.

Toisin sanoen muutamista vastuksista ja kondensaattoreista koostuvan IC 555: n lähtö integroi pulssisarjan vakaan keskiarvon tuottamiseksi, joka on suoraan verrannollinen sovellettuun taajuuteen.

Keskiarvo voidaan helposti lukea tai näyttää liikkuvan kelamittarin yli, joka on kytketty esitettyjen pisteiden yli.

Joten yllä oleva lukema antaa suoran taajuuden lukemisen, joten meillä on käytössämme siisti näköinen taajuusmittari.

Kapasitanssin mittaaminen taajuuden avulla

Nyt tarkastelemalla seuraavaa alla olevaa kuvaa voimme selvästi nähdä, että lisäämällä ulkoinen taajuusgeneraattori (IC 555 astable) edelliseen piiriin, on mahdollista saada mittari tulkitsemaan kondensaattorin arvot ilmoitettujen pisteiden yli, koska tämä kondensaattori suoraan vaikuttaa tai on verrannollinen kellopiirin taajuuteen.

Siksi nyt ulostulossa esitetty nettotaajuusarvo vastaa yllä mainittujen pisteiden yli liitetyn kondensaattorin arvoa.

Tämä tarkoittaa, että nyt meillä on kaksi yhdessä piirissä, joka voi mitata kapasitanssin ja taajuuden käyttämällä vain pari IC: tä ja joitain rentoja elektronisia osia. Pienillä muutoksilla virtapiiriä voidaan käyttää helposti kierroslukumittarina tai kierroslukumittarina.

Osaluettelo

• R1 = 4K7
• R3 = VOI OLLA MUUTTAVA 100K POT
• R4 = 3K3,
• R5 = 10K,
• R6 = 1K,
• R7 1K,
• R8 = 10K,
• R9, R10 = 100K,
• C1 = 1uF / 25V,
• C2, C3, C6 = 100n,
• C4 = 33uF / 25V,
• T1 = BC547
• IC1, IC2 = 555,
• M1 = 1 V FSD-mittari,
• D1, D2 = 1N4148

Kapasitanssimittari IC 74121: n avulla

Tämä yksinkertainen kapasitanssimittaripiiri tarjoaa 14 lineaarisesti kalibroidun kapasitanssin mittausalueen, välillä 5 pF - 15 uF FSD. S1: tä käytetään aluekytkimenä, ja se toimii yhteistyössä S4: n (s1 / x10) ja S3: n (xl) tai S2: n (x3) kanssa. IC 7413 toimii kuin astable oskillaattori yhdessä R1: n ja C1: n - C6: n kanssa, jotka toimivat kuten taajuutta määräävät elementit.

Tämä vaihe aktivoi IC 74121: n (monostabiili multivibraattori) siten, että se tuottaa epäsymmetrisen neliöaallon, jonka taajuuden whse-arvo määräytyy osien R1 ja C1 - C6 perusteella ja työjaksolla, jonka päättävät R2 (tai R3) ja Cx .

Tämän neliöaaltojännitteen tyypillinen arvo muuttuu lineaarisesti työjakson muuttuessa, mikä puolestaan ​​muuttuu lineaarisesti Cs-arvon, R2 / R3-arvon (s10 / x I) ja taajuuden perusteella ( S1-kytkimen asento).

Lopullisen alueen valintakytkimet S3j ..- xl) ja 52 (x3) asettavat vastuksen periaatteessa sarjaan mittarin kanssa. IC 74121: n nastojen 10 ja nastan 11 ympärillä olevan kokoonpanon ja Cx: n on oltava mahdollisimman lyhyt ja jäykkä sen varmistamiseksi, että hajakapasitanssi on tässä minimaalinen ja ilman vaihteluja. P5: tä ja P4: tä käytetään riippumattomaan nollakalibrointiin pienikapasitanssialueilla. Oreset P3: n tekemä kalibrointi riittää kaikille korkeammille alueille. F.s.d. kalibrointi on melko suoraviivaista.

Älä alun perin juota C6: ta piiriin, vaan kiinnitä se tuntemattoman kondensaattorin liittimien Cx kanssa. Aseta S1 asentoon 3, S4 asentoon x1 ja S2 kiinni (s3). Tämä asetetaan alueille 1500 pF f.s.d. Nyt C6 on valmis käytettäväksi kalibrointipenkkiarvona. Seuraavaksi pottia P1 säädetään, kunnes mittari purkaa 2/3 f.s.d. Sitten S4 voitaisiin siirtää asentoon 'x 10', S2 pitää auki ja S3 on suljettu (x1), tämä verrataan 5000 pF f.s.d: hen, samalla kun työskentelet C6: n kanssa tuntemattomana kondensaattorina. Näiden täydellisten kokoonpanojen tuloksen tulisi tuottaa 1/5 fs.d.

Toisaalta voit hankkia valikoiman tarkalleen tunnettuja kondensaattoreita, käyttää niitä Cx-pisteiden poikki ja säätää sitten erilaisia ​​kattiloita kalibrointien kiinnittämiseksi mittarille sopivasti.

PCB-suunnittelu

Toinen yksinkertainen mutta tarkka kapasitanssimittaripiiri

Kun kondensaattoriin kohdistetaan vakiojännite vastuksen kautta, kondensaattorin varaus kasvaa eksponentiaalisesti. Mutta jos syöttö kondensaattorin yli tapahtuu vakiovirtalähteestä, kondensaattorin varaus osoittaa melkein lineaarista kasvua.

Tätä periaatetta, jossa kondensaattoria ladataan lineaarisesti, käytetään tässä alla käsitellyssä yksinkertaisessa kapasitanssimittarissa. Se on suunniteltu mittaamaan kondensaattoriarvot huomattavasti monien vastaavien analogisten mittareiden ulkopuolella.

Vakiovirtalähteen avulla mittari määrittää ajan, jonka se tarvitsee tuntemattoman kondensaattorin varauksen täydentämiseksi jollekin tunnetulle referenssijännitteelle. Mittari tarjoaa viisi täysimittaista aluetta 1,10, 100, 1000 ja 10000 µF. 1-uF-asteikolla kapasitanssiarvot, jotka olivat niin pieniä kuin 0,01 uF, voitiin mitata vaikeuksitta.

Kuinka se toimii.

Kuten kuvassa näkyy, osat D1, D2, R6, Q1 ja yksi R1 - R5: n vastuksista tarjoavat 5 valintaa vakiovirtalähteelle kytkimen S1A kautta.

Kun S2 pidetään osoitetussa asennossa, tämä vakiovirta oikosuljetaan maahan S2A: n kautta. Kun S2 kytketään vaihtoehtoisessa valinnassa, vakiovirta johdetaan testattavaan kondensaattoriin BP1: n ja BP2: n poikki, mikä pakottaa kondensaattorin varauksen lineaarisessa tilassa.

Op-vahvistin IC1 on kiinnitetty vertailijan tavoin, ja sen (+) -tappi on kiinnitetty R8: een, joka vahvistaa referenssijännitetason.

Heti kun testattavan kondensaattorin lineaarisesti kasvava varaus saavuttaa muutaman millivolttia korkeamman kuin (-) IC1: n tulotappi, se vaihtaa vertailulähdön välittömästi +12 voltista -12 volttiin.

Tämä saa komparaattorin lähdön aktivoimaan vakiovirtalähteen, joka on valmistettu osista D3, D4, D5, R10, R11 ja Q2.

Siinä tapauksessa, että S2A kytketään maahan, aivan kuten S2B, tämä johtaa kondensaattorin C1 napojen oikosulkuun, jolloin potentiaali C1: n yli kääntyy nollaan. Kun S2 on avoimessa tilassa, C1: n kautta kulkeva vakiovirta laukaisee C1: n poikki olevan jännitteen kasvamaan lineaarisesti.

Kun testattavan kondensaattorin jännite saa komparaattorin vaihtamaan, diodi D6 kääntyy taaksepäin esijännitetyksi. Tämä toiminto estää C1: tä lataamasta enää.

Koska C1: n lataus tapahtuu vain siihen pisteeseen saakka, jossa vertailulähdön tila vain muuttuu, tarkoittaa, että sen yli kehitetyn jännitteen tulisi olla suoraan verrannollinen tuntemattoman kondensaattorin kapasitanssiarvoon.

Sen varmistamiseksi, että C1 ei purkaudu samalla, kun mittari M1 mittaa jännitettään, mittarille M1 on integroitu IC2: lla luotu korkean impedanssin puskurivaihe.

Vastus R13 ja mittari M1 muodostavat noin 1 V FSD: n perusjännitemittarin. Tarvittaessa voidaan käyttää etäjännitemittaria edellyttäen, että sen täyden asteikon alue on alle 8 volttia. (Jos käytät tällaista ulkoista mittaria, muista asettaa R8 1 µF -alueelle, jotta tarkasti tunnistettu 1 µF-kondensaattori vastaa 1 voltin lukemaa.)

Kondensaattoria C2 käytetään estämään Q1-vakiovirtalähteen värähtelyä, ja R9: tä ja R12: ta käytetään suojaamaan op-vahvistimia siinä tapauksessa, että syöttöjännite kytketään pois päältä testattavan kondensaattorin ja C1: n latauksen aikana, tai muuten he voivat alkaa purkautua op-vahvistimien kautta, mikä johtaa vahinkoon.

Osaluettelo

PCB-mallit

Kuinka kalibroida

Ennen kuin syötät virtaa kapasitanssimittaripiiriin, säädä mittarin M1-neula hienolla ruuvimeisselillä tarkalleen nollatasoon.

Aseta tarkalleen tunnettu kondensaattori noin 0,5 ja 1,0 uF: n lämpötilaan +/- 5%. Tämä toimisi 'kalibrointipistemerkkinä'.

Kiinnitä tämä kondensaattori BP1: n ja BP2: n poikki (BP1: n positiivinen puoli). Säädä aluekytkin S1 '1' -asentoon (mittarin tulisi näyttää 1 µF: n täysi asteikko).

Aseta S2 irti maadoitusjohto kahdesta piiristä (Q1-kerääjä ja Cl). M1-mittari aloittaa nyt tasokkaan liikkeen ja asettuu tietylle lukemalle. S2: n takaisinkytkemisen on johdettava mittari putoamaan alaspäin nollajännitteen kohdalla. Vaihda S2 vielä kerran ja vahvista mittarin korkeampi lukema.

Vaihtoehtoisesti voit hypätä S2 ja hienosäätää R8, kunnes löydät mittarin, joka näyttää tarkan arvon 5% kondensaattorin kalibroinnista. Yllä oleva vain yksi kalibrointiasetus on täysin riittävä jäljellä oleville alueille.