3-numeroinen LED-kapasitanssimittaripiiri

Tämä projekti on jälleen yksi testauslaitteisto, joka voi olla erittäin kätevä kaikille sähköisille harrastajille, ja tämän yksikön rakentaminen voi olla hauskaa.

Kapasitanssimittari on erittäin hyödyllinen testilaitteisto, koska sen avulla käyttäjä voi tarkistaa halutun kondensaattorin ja vahvistaa sen luotettavuuden.

Tavallisilla tai tavallisilla digitaalisilla mittareilla ei useimmiten ole kapasitanssimittarin helppoutta, ja siksi sähköisen harrastajan on oltava riippuvainen kalliista mittareista tämän palvelun saamiseksi.

Seuraavassa artikkelissa käsitelty piiri selittää edistyneen, mutta halvan 3-numeroisen LED-kapasitanssimittarin, joka tarjoaa kohtuullisen tarkan mittauksen joukolle kondensaattoreita, joita käytetään yleisesti kaikissa nykyaikaisissa elektronisissa piireissä.

Kapasitanssialueet

Ehdotettu kapasitanssimittaripiirirakenne tarjoaa 3-numeroisen LED-näytön, ja se mittaa arvot viidellä alueella, kuten alla on esitetty:

Alue # 1 = 0 - 9,99 nF
Alue # 2 = 0 - 99,9 nF
Alue # 3 = 0 - 999nF
Alue # 4 = 0 - 9,99 uF
Alue # 5 = 0 - 99,99 uF

Edellä olevat alueet sisältävät suurimman osan vakioarvoista, mutta suunnittelu ei pysty määrittämään muutaman pikofaradin tai suuriarvoisten elektrolyyttikondensaattoreiden erittäin pieniä arvoja.

Käytännössä tämä rajoitus ei välttämättä ole liikaa huolestunut, koska nykypäivän elektronisissa piireissä käytetään harvoin erittäin pieniarvoisia kondensaattoreita, kun taas suuria kondensaattoreita voitaisiin testata käyttämällä pari sarjaan kytkettyä kondensaattoria, kuten myöhemmin yksityiskohtaisesti kuvataan seuraavat kohdat.

Kuinka se toimii

Ylivuotovaroitus-LED on sisällytetty, jotta virheelliset lukemat estetään, jos sopiva alue valitaan. Laitetta käytetään 9 voltin akun läpi, joten se on ehdottomasti kannettava.

Kuvassa 2 on esitetty LED-kapasitanssimittaripiirin kellooskillaattorin, matalan Hz: n oskillaattorin, loogisen ohjaimen ja monostabiilin monivibraattorin vaiheiden kytkentäkaavio.

Laskurin / ohjaimen ja ylivuotopiirin vaiheet on esitetty seuraavassa yllä olevassa kuvassa.

Kuvaa 2 tarkasteltaessa IC5 on 5 voltin kiinteä jännitesäädin, joka tarjoaa hienosti säädetyn 5 voltin lähdön 9 voltin akkulähteestä. Koko piiri käyttää tätä säädettyä 5 voltin tehoa toimintaan.

Akun pitäisi olla korkea mAh-luokitus, koska piirin nykyinen käyttö on melko suuri, noin 85 mA. Virrankulutus voi ylittää 100 mA aina, kun suurin osa 3-näytön numeroista valaistaan ​​näyttöä varten.

Matalataajuinen oskillaattori on rakennettu IC2a: n ja IC2b: n ympärille, jotka ovat CMOS NOR -portteja. Siitä huolimatta tässä erityisessä piirissä nämä IC: t on kytketty perusinverttereinä ja niitä käytetään normaalin CMOS-vakaan asennuksen kautta.

Huomaa, että oskillaattorivaiheen toimintataajuus on paljon suurempi verrattuna taajuuteen, jolla lukemat toimitetaan, koska tämän oskillaattorin on tuotettava 10 lähtöjaksoa yhden lukusyklin loppuun saattamiseksi.

IC3 ja IC4a on konfiguroitu ohjauslogiikan vaiheiksi. IC3, joka on CMOS 4017 -dekooderi / laskuri, sisältää 10 lähtöä ('0' - '9'). Kukin näistä lähdöistä menee korkealle peräkkäin jokaiselle peräkkäiselle tulokellosyklille. Tässä nimenomaisessa suunnittelulähdössä '0' toimitetaan nollauskello laskureille.

Lähtö '1' tulee myöhemmin korkeaksi ja vaihtaa monostabiilia, joka tuottaa porttipulssin kello / laskuripiirille. Lähdöt '2' - '8' eivät ole yhteydessä toisiinsa, ja aikaväli, jonka aikana nämä 2 lähtöä kääntyvät korkeaksi, mahdollistaa vähän aikaa, jotta portin pulssi voi täydentyä ja laskemisen sallitaan.

Lähtö '9' antaa logiikkasignaalin, joka lukitsee uuden lukeman LED-näytön yli, mutta tämän logiikan on oltava negatiivinen. Tämä saavutetaan IC4a: lla, joka kääntää signaalin lähdöstä 9 niin, että se muuttuu sopivaksi pulssiksi.

Monostabiili monivibraattori on tavallinen CMOS-versio, jossa käytetään pari kahta NOR-sisääntuloporttia (IC4b ja IC4c). Huolimatta siitä, että se on yksinkertainen monostabiili muotoilu, se tarjoaa ominaisuuksia, jotka tekevät siitä täysin nykyisen sovelluksen arvoisen.

Tämä on ei-uudelleenkäynnistettävä muoto, ja sen seurauksena saadaan lähtöpulssi, joka on pienempi kuin IC3: sta muodostettu liipaisupulssi. Tämä toiminto on itse asiassa kriittinen, koska kun käytetään uudelleenkäynnistettävää tyyppiä, näytön vähimmäislukema voi olla melko korkea.

Ehdotetun mallin oma kapasitanssi on melko pieni, mikä on välttämätöntä, koska huomattava paikallinen kapasitanssi voi häiritä piirin lineaarista ominaisuutta, mikä johtaa valtavaan pienimpään näytön lukemaan.

Käytön aikana prototyyppinäyttö voitiin lukea lukemalla '000' kaikilla viidellä alueella, kun testausaukkojen yli ei ole kytketty kondensaattoria.

Vastukset R5 - R9 toimivat alueen valintavastuksina. Kun pienennät ajoitusvastusta vuosikymmenen vaiheittain, tietylle lukemalle tarvittava ajoituskapasitanssi kasvaa vuosikymmenen välein.

Jos katsomme, että aluevastusten toleranssi on vähintään 1%, tämän kokoonpanon voidaan odottaa tuottavan luotettavia lukemia. Tämä tarkoittaa, että ei tarvitse olla välttämätöntä, että kutakin aluetta kalibroidaan erikseen.

R1 ja S1a on kytketty suorittamaan desimaalipilkkusegmentti oikealla LED-näytöllä, lukuun ottamatta aluetta 3 (999nF), jossa desimaalipilkun osoittaminen ei ole tarpeen. Kellooskillaattori on itse asiassa yleinen 555: n vakaa kokoonpano.

Pot RV1: tä käytetään kellotaajuuden säätimenä tämän LED-kapasitanssimittarin kalibrointiin. Monostabiilia lähtöä käytetään IC 1: n nastan 4 ohjaamiseen, ja kellooskillaattori aktivoituu vain, kun porttijakso on käytettävissä. Tämä toiminto eliminoi itsenäisen signaaliportin tarpeen.

Nyt tarkistamalla kuva 3, havaitsemme, että laskuripiiri on johdotettu käyttämällä 3 CMOS 4011 IC: tä. Näitä ei todellakaan tunnista ihanteellisesta CMOS-logiikkaperheestä, kuitenkin nämä ovat erittäin joustavia elementtejä, jotka ansaitsevat usein kulutuksen.

Nämä on tosiasiallisesti määritetty ylös / alas laskureiksi, joissa on yksittäiset kellotulot ja siirto- / lainalähdöt. Kuten voidaan ymmärtää, mahdollisuudet käyttää alaslaskurimoodissa ovat tässä merkityksettömiä, joten kellotulo on koukussa negatiivisen syöttöjohdon kanssa.

Kolme laskuria on kytketty peräkkäin tavanomaisen 3-numeroisen näytön mahdollistamiseksi. Tässä IC9 on kytketty tuottamaan vähiten merkitsevä numero ja IC7 mahdollistaa merkittävimmän numeron. 4011 sisältää vuosikymmenen laskurin, seitsemän segmentin dekooderin ja salpa / näyttö -ajurin vaiheet.

Jokainen IC voi tästä syystä korvata tyypillisen 3-siruisen TTL-tyylisen laskurin / ohjaimen / salvan vaihtoehdon. Lähdöillä on tarpeeksi tehoa valaisemaan mikä tahansa sopiva yhteisen katodin seitsemän segmentin LED-näyttö.

Huolimatta 5 voltin pienjännitesyötöstä on suositeltavaa ajaa jokainen LED-näyttösegmentti virtaa rajoittavan vastuksen läpi, jotta koko kapasitanssimittariyksikön virrankulutus voidaan pitää hyväksyttävän tason alapuolella.

IC7: n 'kantolähtö' -lähtö kohdistetaan IC6-kellotuloon, toisin sanoen kaksois-D-tyyppiseen jakoon kahdella kiikalla. Tässä erityisessä piirissä toteutetaan kuitenkin vain yksi osa IC: tä. IC6-lähtö vaihtaa tilaa vain ylikuormituksen yhteydessä. Tämä tarkoittaa, että jos ylikuormitus on merkittävästi suuri, se johtaa moniin lähtöjaksoihin IC7: stä.

LED-ilmaisimen LED1 virran kytkeminen suoraan IC6: een voi olla melko sopimaton, koska tämä lähtö voi olla hetkellistä ja LED saattaa pystyä tuottamaan vain pari lyhyttä valaistusta, jotka voidaan helposti huomata.

Tämän tilanteen välttämiseksi IC7-lähtöä käytetään ajamaan perusasetuksen / palautuksen bistabiilia piiriä, joka on luotu johdotamalla pari normaalisti tyhjää porttia IC2: ta, ja sitten salpa kytkee LED-merkkivalon LED1. IC3 nollaa kaksi IC6: ta ja salvan, jotta ylivuotopiiri alkaa tyhjästä, kun uusi testilukema toteutetaan.

Kuinka rakentaa

Tämän 3-numeroisen kapasitanssimittaripiirin rakentaminen tarkoittaa vain kaikkien osien kokoamista oikein alla olevan piirilevyn asettelun mukaan.

Muista, että IC: t ovat kaikki CMOS-tyyppejä ja ovat siten herkkiä käden staattiselle sähkölle. Staattisen sähkön aiheuttamien vahinkojen välttämiseksi on suositeltavaa käyttää IC-pistorasioita. Pidä mikropiirejä rungossaan ja työnnä pistorasioihin koskematta prosessin nastoihin.

Kalibrointi

Ennen kuin aloitat tämän viimeistellyn 3-numeroisen LED-kapasitanssimittaripiirin kalibroinnin, voi olla tärkeää käyttää kondensaattoria, jolla on tiukka toleranssi ja suuruus, joka antaa noin 50-100% mittarin koko asteikosta.

Kuvitellaan, että C6 on sisällytetty yksikköön ja sitä käytetään mittarin kalibrointiin. Säädä nyt laite alueelle 1 (9,99 nF täydellä asteikolla) ja aseta suora linkki SK2: n ja SK4: n poikki.

Seuraavaksi säädä RV1: tä varovasti, jotta näytössä näkyy sopiva 4,7 nF: n lukema. Kun tämä on tehty, saatat löytää yksikön, joka näyttää vastaavasti oikeat lukemat kondensaattorialueelta.

Älä kuitenkaan odota, että lukemat ovat tarkkoja. Kolminumeroinen kapasitanssimittari on itsessään melko tarkka, vaikka, kuten aiemmin keskusteltiin, siihen liittyy käytännössä pieniä eroja varmasti.

Miksi 3 LED-näyttöä käytetään

Monilla kondensaattoreilla on yleensä melko suuret toleranssit, vaikka kourallinen lajikkeita saattaa sisältää yli 10 prosentin tarkkuuden. Käytännössä kolmannen LED-näytön numeron käyttöönotto ei välttämättä ole perusteltua odotetun tarkkuuden suhteen, mutta se on kuitenkin edullista, koska se laajentaa tehokkaasti pienintä kapasitanssia, jonka laite pystyy lukemaan koko vuosikymmenen ajan.

Vanhojen kondensaattoreiden testaus

Jos vanhaa kondensaattoria testataan tällä laitteella, saatat nähdä, että digitaalinen lukema näytöllä kasvaa vähitellen. Tämä ei välttämättä tarkoita viallista kondensaattoria, pikemminkin tämä voi johtua yksinkertaisesti sormiemme lämmöstä, joka aiheuttaa kondensaattorin arvon nousun marginaalisesti. Kun asetat kondensaattorin SKI- ja SK2-aukkoihin, varmista, että pidät kondensaattoria sen rungosta, älä johdoista.

Ylimääräisten arvokkaiden kondensaattoreiden testaus

Suuriarvoisia kondensaattoreita, jotka eivät kuulu tämän LED-kapasitanssimittarin alueeseen, voitaisiin tutkia kytkemällä suuriarvoinen kondensaattori sarjaan pienemmän arvon kondensaattoriin ja testaamalla sitten näiden kahden yksikön koko sarjakapasitanssi.

Oletetaan, että haluamme tutkia kondensaattoria, johon on painettu 470 µF: n arvo. Tämä voidaan toteuttaa liittämällä se sarjaan 100 uF kondensaattorilla. Sitten kondensaattorin 470 µF arvo voitiin tarkistaa seuraavalla kaavalla:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 uF

82,5 uF vahvistaa, että 470 uF on kunnossa arvonsa kanssa. Oletetaan kuitenkin, että jos mittari näyttää jonkin muun lukeman, kuten 80 µF, se tarkoittaisi, että 470 µF ei ole kunnossa, koska sen todellinen arvo olisi sitten:

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

Tulos osoittaa, että testatun 470µF: n kondensaattorin terveys ei ehkä ole kovin hyvä

Kaksi lisäpistoketta (SK3 ja SK4) ja kondensaattori C6 näkyvät kaaviosta. SK3: n tarkoituksena on tehdä testielementtien purkamisesta helppoa koskettamalla SK1: n ja SK3: n poikki ennen liittämistä SKI: n ja SK2: n yli mittausta varten.

Tämä koskee vain niitä kondensaattoreita, joilla voi olla taipumusta varastoida jäännösvaraa, kun ne poistetaan piiristä juuri ennen testausta. Suuriarvoiset ja suurjännitetyyppiset kondensaattorit voivat olla alttiita tälle ongelmalle.

Vakavissa olosuhteissa kondensaattorit saattavat kuitenkin joutua purkamaan varovasti vuotovastuksen kautta ennen kuin ne otetaan pois piiristä. Syy SK3: n sisällyttämiseen on antaa testattavan kondensaattorin purkautua kytkemällä se SK1: n ja SK3: n poikki ennen testaamista SKI: n ja SK2: n yli mittausta varten.

C6 on kätevä, käyttövalmis näytekondensaattori nopeaa kalibrointia varten. Jos testattavassa kondensaattorissa näkyy virheellistä lukemaa, voi olla välttämätöntä vaihtaa alueelle 1 ja sijoittaa hyppyjohdin SK2: n ja SK4: n yli, jotta C6 liitetään testikondensaattorina. Seuraavaksi kannattaa tarkistaa, että näytöissä näkyy 47 nF: n oikeutettu arvo.

Yksi asia on kuitenkin ymmärrettävä: Mittari itsessään on melko tarkka muutaman prosentin plus / miinus sisällä, lukuun ottamatta kondensaattorin arvoja, jotka ovat lähes identtisiä kalibrointiarvon kanssa. Lisäkysymys on, että kondensaattorin lukemat voivat riippua lämpötilasta ja muutamista ulkoisista parametreista. Jos kapasitanssilukema osoittaa pienen virheen, joka ylittää sen toleranssiarvon, tämä todennäköisesti osoittaa, että osa on ehdottomasti kunnossa eikä ole millään tavalla viallinen.

Osaluettelo