Vysvetlené 2 obvody jednoduchého kapacitného merača - s použitím IC 555 a IC 74121

Vysvetlené 2 obvody jednoduchého kapacitného merača - s použitím IC 555 a IC 74121

V tomto príspevku si povieme o niekoľkých ľahkých, ale veľmi šikovných obvodoch vo forme merača frekvencie a kapacity využívajúcich všadeprítomný IC 555.



Ako fungujú kondenzátory

Kondenzátory sú jedným z hlavných elektronických komponentov, ktoré patria do rodiny pasívnych komponentov.

Tieto sa vo veľkej miere používajú v elektronických obvodoch a bez zapojenia týchto dôležitých častí nie je možné vytvoriť prakticky žiadny obvod.





Základnou funkciou kondenzátora je blokovať jednosmerný prúd a prechádzať striedavým prúdom, alebo jednoducho povedané, akékoľvek napätie pulzujúce v prírode bude môcť prechádzať kondenzátorom a akékoľvek napätie, ktoré nie je polarizované alebo vo forme jednosmerného prúdu, bude blokované kondenzátor procesom nabíjania.

Ďalšou dôležitou funkciou kondenzátorov je skladovanie elektriny prostredníctvom nabíjania a jej dodávanie späť do pripojeného obvodu procesom vybíjania.



Vyššie uvedené dva hlavné funkcie kondenzátorov sa používajú na implementáciu rôznych rozhodujúcich operácií v elektronických obvodoch, ktoré umožňujú získavanie výstupov podľa požadovaných špecifikácií návrhu.

Avšak na rozdiel od rezistory, kondenzátory je ťažké merať bežnými metódami.

Napríklad bežný multitester môže obsahovať veľa meracích funkcií, ako napríklad merač OHM, voltmeter, ampérmeter, diódový tester, hFE tester atď., Ale nemusí mať iluzívny vzor funkcia merania kapacity .

Funkcia merača kapacity alebo indukčnosti je dostupná iba u špičkových multimetrov, ktoré rozhodne nie sú lacné a nie každý nový záujemca by si ich mohol zaobstarať.

Okruh tu diskutovaný veľmi efektívne rieši tieto problémy a ukazuje, ako vybudovať jednoduchý lacný kapacitný cum merač frekvencie ktoré si môže každý elektronický nováčik postaviť doma a použiť ich na zamýšľanú užitočnú aplikáciu.

Schéma zapojenia

Schéma zapojenia frekvenčného merača založená na IC 555

Ako funguje frekvencia na zisťovanie kapacity

S odkazom na obrázok, IC 555 tvorí srdce celej konfigurácie.

Tento všestranný čip tohto koňa je nakonfigurovaný v najštandardnejšom režime, ktorým je monostabilný režim multivibrátora.
Každý kladný vrchol impulzu aplikovaný na vstup, ktorý je pinom č. 2 IC, vytvára stabilný výstup s vopred stanovenou pevnou periódou nastavenou prednastavenou P1.

Avšak pri každom poklese vrcholu pulzu sa monostabilita resetuje a automaticky spustí s ďalším prichádzajúcim vrcholom.

Toto generuje akúsi priemernú hodnotu na výstupe IC, ktorá je priamo úmerná frekvencii použitých hodín.

Inými slovami, výstup IC 555, ktorý sa skladá z niekoľkých odporov a kondenzátorov, integruje sériu impulzov, aby poskytoval stabilnú priemernú hodnotu priamo úmernú použitej frekvencii.

Priemernú hodnotu je možné ľahko prečítať alebo zobraziť na merači pohyblivej cievky pripojenom cez zobrazené body.

Vyššie uvedené odčítanie teda poskytne priame odčítanie frekvencie, takže máme k dispozícii úhľadne vyzerajúci merač frekvencie.

Využitie frekvencie na meranie kapacity

Teraz pri pohľade na nasledujúci obrázok nižšie jasne vidíme, že pridaním externého generátora frekvencie (IC 555 astabilného) k predchádzajúcemu obvodu je možné dosiahnuť, aby merač interpretoval hodnoty kondenzátora cez uvedené body, pretože tento kondenzátor priamo ovplyvňuje alebo je úmerná frekvencii hodinového obvodu.

jednoduchý obvod kapacitného merača založený na IC 555

Preto čistá hodnota frekvencie, ktorá sa teraz zobrazuje na výstupe, bude zodpovedať hodnote kondenzátora pripojeného vo vyššie diskutovaných bodoch.

To znamená, že teraz máme obvod dva v jednom, ktorý dokáže merať kapacitu aj frekvenciu pomocou iba niekoľkých integrovaných obvodov a niektorých príležitostných elektronických súčiastok. S malými úpravami možno obvod ľahko použiť ako tachometer alebo ako počítadlo otáčok.

Zoznam položiek

  • R1 = 4K7
  • R3 = MÔŽE BYŤ PREMENNÁ 100 tis
  • R4 = 3K3,
  • R5 = 10K,
  • R6 = 1K,
  • R7 1K,
  • R8 = 10K,
  • R9, R10 = 100 K,
  • C1 = 1uF / 25V,
  • C2, C3, C6 = 100 n,
  • C4 = 33uF / 25V,
  • T1 = BC547
  • IC1, IC2 = 555,
  • M1 = 1V FSD meter,
  • D1, D2 = 1N4148

Kapacitný merač využívajúci IC 74121

Tento jednoduchý obvod merača kapacity poskytuje 14 lineárne kalibrovaných rozsahov merania kapacity, od 5 pF do 15 uF FSD. S1 sa používa ako prepínač rozsahu a pracuje v spolupráci s S4 (s1 / x10) a S3 (x l) alebo S2 (x3). IC 7413 pracuje ako astabilný oscilátor, spolu s R1 a C1 až C6, ktoré fungujú ako prvky určujúce frekvenciu.

Tento stupeň aktivuje IC 74121 (monostabilný multivibrátor) tak, že generuje asymetrickú obdĺžnikovú vlnu s opakujúcou sa frekvenciou, o ktorej hodnote rozhodujú časti R1 a C1 až C6 a s pracovným cyklom podľa rozhodnutia R2 (alebo R3) a Cx .

Typická hodnota tohto štvorcového vlnového napätia sa mení lineárne so zmenou pracovného cyklu, čo sa zase lineárne modifikuje na základe hodnoty Cs, hodnoty R2 / R3 (s10 / x I) a frekvencie (stanovenej Poloha spínača S1).

Prepínače konečného rozsahu rozsahu S3j ..- xl) a 52 (x3) v zásade vkladajú rezistor do série s meradlom. Konfigurácia okolo vývodov 10 a vývodu 11 IC 74121 a pre Cx musí byť čo najkratšia a najpevnejšia, aby sa zabezpečilo, že tu rozptýlená kapacita bude minimálna a bez výkyvov. P5 a P4 sa používajú na nezávislú kalibráciu nuly pre rozsahy nízkej kapacity. Pre všetky vyššie rozsahy stačí kalibrácia vykonaná oresetom P3. F.s.d. kalibrácia je pomerne jednoduchá.

Spočiatku nespájkujte C6 v obvode, skôr ho pripájajte cez svorky označené Cx pre neznámy kondenzátor. Dajte S1 do polohy 3, S4 do polohy x1 a S2 zatvorené (s3), toto sa nastaví na rozsahy 1500 pF f.s.d. Teraz je C6 pripravený na použitie ako hodnota značky kalibračného testu. Ďalej sa hrniec P1 dolaďuje, kým meter dešifruje 2/3 f.s.d. Potom by sa S4 mohol presunúť do polohy „x 10“, S2 sa udržal otvorený a S3 sa zatvoril (x1), čo je porovnateľné s 5 000 pF f.s.d., pri práci s C6 ako neznámym kondenzátorom. Výsledok tohto kompletného nastavenia by mal poskytnúť 1/5 fs.d.

Na druhej strane si môžete zaobstarať sortiment presne známych kondenzátorov, ktoré môžete použiť v bodoch Cx, a potom vhodne upraviť rôzne platne na pripevnenie kalibrácií na číselníku merača.

Dizajn DPS

Ďalší jednoduchý obvod s presným meračom kapacity

Keď sa na kondenzátor privádza konštantné napätie cez odpor, náboj kondenzátora sa zvyšuje exponenciálnym spôsobom. Ale ak je napájanie cez kondenzátor zo zdroja konštantného prúdu, náboj na kondenzátore vykazuje nárasty, ktoré sú do značnej miery lineárne.

Tento princíp, pri ktorom sa kondenzátor nabíja lineárne, sa tu používa v nižšie diskutovanom jednoduchom kapacitnom merači. Je navrhnutý tak, aby meral hodnoty kondenzátora aj mimo rozsahu mnohých podobných analógových meračov.

Pomocou napájania s konštantným prúdom merač stanovuje čas, ktorý je potrebný na doplnenie náboja cez neznámy kondenzátor na niektoré známe referenčné napätie. Merač poskytuje 5 rozsahov v plnom rozsahu 1,10, 100, 1000 a 10 000 µF. Na stupnici 1 µF bolo možné bez problémov merať hodnoty kapacity až 0,01 µF.

Ako to funguje.

Ako je zobrazené na obrázku, časti D1, D2, R6, Q1 a jeden z rezistorov cez R1 až R5 poskytujú výber 5 pre napájanie konštantným prúdom cez spínač S1A.

Keď je S2 držaný v naznačenej polohe, je tento konštantný prúd skratovaný na zem cez S2A. Keď je S2 prepnutý na alternatívny výber, je konštantný prúd privedený do testovaného kondenzátora cez BP1 a BP2, čo núti nabíjať kondenzátor v lineárnom režime.

Operačný zosilňovač IC1 je pripojený ako komparátor a so svojím (+) vstupným pinom pripojeným k R8, ktorý fixuje hladinu referenčného napätia.

Akonáhle lineárne sa zvyšujúci náboj na testovanom kondenzátore dosiahne o niekoľko milivoltov viac ako (-) vstupný pin IC1, okamžite prepne výstup komparátora z +12 voltov na -12 voltov.

To spôsobí, že výstup z komparátora aktivuje zdroj konštantného prúdu vyrobený pomocou častí D3, D4, D5, R10, R11 a Q2.

V prípade, že ak je S2A prepnutý na zem, rovnako ako S2B, vedie to k skratu na svorkách kondenzátora C1 a k premene potenciálu cez C1 na nulu. Keď je S2 v otvorenom stave, prechod konštantného prúdu cez C1 spúšťa lineárne zvýšenie napätia na C1.

Keď napätie na testovanom kondenzátore spôsobí prepínanie komparátora, vedie to k prepólovaniu diódy D6. Táto akcia zastaví ďalšie nabíjanie C1.

Pretože nabíjanie C1 sa deje iba do okamihu, keď sa stav výstupu komparátora iba zmení, znamená to, že napätie vyvinuté v ňom by malo byť priamo úmerné kapacitnej hodnote neznámeho kondenzátora.

Aby sa zabezpečilo, že sa C1 nevybije, kým merač M1 meria svoje napätie, je pre merač M1 zabudovaný vysokoimpedančný vyrovnávací stupeň, vytvorený pomocou IC2.

Rezistor R13 a merač M1 tvoria základný monitor voltmetra s hodnotou okolo 1 V FSD. V prípade potreby je možné použiť diaľkový voltmeter za predpokladu, že má rozsah v plnom rozsahu menej ako 8 voltov. (Ak používate tento druh externého merača, nezabudnite nastaviť R8 na rozsah 1 µF, aby presne identifikovaný kondenzátor 1 µF zodpovedal 1 voltovej hodnote.)

Kondenzátor C2 sa používa na potlačenie oscilácie napájania konštantným prúdom Q1 a R9 a R12 sa používajú na stráženie operačných zosilňovačov v prípade, že je napájanie DC vypnuté počas nabíjania testovaného kondenzátora a C1, alebo inak by sa mohli začať vybíjať cez operačné zosilňovače, čo by viedlo k poškodeniu.

Zoznam položiek

Dizajn DPS

Ako kalibrovať

Pred napájaním obvodu kapacitného merača pomocou jemného skrutkovača nastavte ihlu merača M1 presne na nulovú úroveň.

Presne známy kondenzátor umiestnite okolo 0,5 a 1,0 µF na +/- 5%. Fungovalo by to ako „značka kalibračného stavu“.

Pripojte tento kondenzátor cez BP1 a BP2 (pozitívna strana k BP1). Nastavte prepínač rozsahu S1 do polohy „1“ (glukomer by mal zobrazovať 1-µF v celom rozsahu).

Pozícia S2 odpojí uzemňovací vodič od dvoch obvodov (kolektor Q1 a Cl). Merač M1 teraz začne upscale pohyb a zastaví sa na konkrétnom odpočte. Prepínanie S2 späť musí mať za následok pád meradla nadol pri značke nulového napätia. Zmeňte S2 ešte raz a potvrďte upscale odčítanie počítadla.

Prípadne skočte na S2 a dolaďte R8, kým nenájdete merač ukazujúci presnú hodnotu 5% kalibrácie kondenzátora. Vyššie uvedené nastavenie jednej kalibrácie bude pre zvyšné rozsahy úplne postačujúce.




Dvojica: Jednoduchý obvod alarmu proti vlámaniu Ďalej: Vytvorte jednoduché tranzistorové obvody