3-ciferný obvod merača kapacity LED

3-ciferný obvod merača kapacity LED

Tento projekt je ďalším testovacím zariadením, ktoré môže byť mimoriadne užitočné pre každého elektronického fanda, a zostavenie tejto jednotky môže byť veľmi zábavné.



Kapacitný merač je veľmi užitočné testovacie zariadenie, pretože umožňuje používateľovi skontrolovať požadovaný kondenzátor a potvrdiť jeho spoľahlivosť.

Bežné alebo štandardné digitálne merače väčšinou nemajú kapacitné merače, a preto musí byť elektronický nadšenec závislý od nákladných meračov, aby získal toto zariadenie.





Obvod, o ktorom pojednáva nasledujúci článok, vysvetľuje pokrokový, ale lacný 3-ciferný kapacitný LED indikátor, ktorý poskytuje primerane presné meranie pre celý rad kondenzátorov, ktoré sa bežne používajú vo všetkých súčasných elektronických obvodoch.

Rozsahy kapacity

Navrhovaný dizajn obvodu kapacitného merača poskytuje 3-miestny LED displej a meria hodnoty v piatich rozsahoch, ako je uvedené nižšie:



Rozsah č. 1 = 0 až 9,99 nF
Rozsah # 2 = 0 až 99,9 nF
Rozsah # 3 = 0 až 999nF
Rozsah # 4 = 0 až 9,99 µF
Rozsah # 5 = 0 až 99,99 µF

Vyššie uvedené rozsahy zahŕňajú väčšinu štandardných hodnôt, avšak návrh nie je schopný určiť extrémne nízke hodnoty niekoľkých pikofarád alebo elektrolytických kondenzátorov vysokej hodnoty.

Prakticky toto obmedzenie nemusí byť príliš znepokojujúce, pretože kondenzátory s extrémne nízkou hodnotou sa v dnešných elektronických obvodoch zriedka používajú, zatiaľ čo veľké kondenzátory je možné testovať pomocou niekoľkých sériovo zapojených kondenzátorov, ako bude podrobne popísané neskôr v nasledujúce odseky.

Ako to funguje

Je zabudovaná výstražná LED kontrolka pretečenia, aby sa zabránilo nepresným údajom v prípade, že sa zvolí nevhodný rozsah. Zariadenie je napájané z 9 voltovej batérie, a preto je absolútne prenosné.

Obrázok 2 zobrazuje schému zapojenia hodinového oscilátora, nízko Hz oscilátora, logického radiča a monostabilných stupňov multivibrátora obvodu obvodu kapacitného LED diódy.

Fázy počítadla / budiča a prepadového okruhu sú zobrazené na nasledujúcom obrázku vyššie.

Pri pohľade na obrázok 2 je IC5 5 voltový pevný regulátor napätia, ktorý poskytuje pekne regulovaný 5 voltový výstup z 9 voltového zdroja batérie. Celý obvod využíva tento regulovaný 5 voltový výkon na svoje fungovanie.

Batéria by mala mať vysoké mAh hodnotenie, pretože súčasné využitie obvodu je pomerne veľké, okolo 85 mA. Spotreba prúdu by mohla presiahnuť 100 mA, kedykoľvek je na displeji osvetlená väčšina číslic 3-displeja.

Nízkofrekvenčný oscilátor je postavený na obvodoch IC2a ​​a IC2b, ktoré sú bránami CMOS NOR. Napriek tomu sú v tomto konkrétnom obvode tieto integrované obvody pripojené ako základné invertory a aplikované prostredníctvom normálneho nastaviteľného nastavenia CMOS.

Všimnite si, že pracovná frekvencia stupňa oscilátora je oveľa vyššia v porovnaní s frekvenciou, s ktorou sa poskytujú údaje, pretože tento oscilátor musí generovať 10 výstupných cyklov, aby umožnil dokončenie jedného cyklu čítania.

IC3 a IC4a sú konfigurované ako riadiaca logická fáza. IC3, čo je dekodér / čítač CMOS 4017, obsahuje 10 výstupov („0“ až „9“). Každý z týchto výstupov ide postupne za sebou, vysoko za každý nasledujúci taktovací cyklus vstupu. V tomto konkrétnom návrhovom výstupe „0“ dodáva resetovacie hodiny do počítadiel.

Výstup „1“ sa následne zvýši a prepne monostabilný modul, ktorý produkuje hradlový impulz pre obvod hodín / počítadla. Výstupy „2“ až „8“ nie sú prepojené a časový interval, počas ktorého sa tieto 2 výstupy zvýšia, umožňuje trochu času, aby sa mohol hradlový impulz dokončiť a umožniť počítanie, aby prešlo.

Výstup '9' dodáva logický signál, ktorý zachytáva nové hodnoty na LED displeji, avšak táto logika musí byť záporná. Toho sa dosahuje pomocou IC4a, ktorý invertuje signál z výstupu 9 tak, aby sa prekladal do vhodného impulzu.

Monostabilný multivibrátor je štandardná verzia CMOS s použitím dvoch 2 vstupných brán NOR (IC4b a IC4c). Napriek tomu, že ide o jednoduchý monostabilný dizajn, ponúka funkcie, vďaka ktorým je skutočne hodný súčasnej aplikácie.

Toto nie je opakovateľná forma a vo výsledku poskytuje výstupný impulz, ktorý je menší ako spúšťací impulz generovaný z IC3. Táto funkcia je skutočne kritická, pretože keď sa použije typ s možnosťou opätovného spustenia, najmenší údaj na displeji môže byť dosť vysoký.

Vlastná kapacita navrhovaného dizajnu je veľmi minimálna, čo je nevyhnutné, pretože podstatná miera miestnej kapacity by mohla narušiť lineárny atribút obvodu, čo by malo za následok veľmi nízke hodnoty na displeji.

Počas používania bolo možné prototypový displej vidieť pri čítaní „000“ vo všetkých 5 rozsahoch, keď cez testovacie sloty nie je pripojený žiadny kondenzátor.

Rezistory R5 až R9 fungujú ako rezistory na výber rozsahu. Keď znížite odpor časovania v krokoch desaťročia, časovacia kapacita požadovaná pre konkrétne čítanie sa zvýši v prírastkoch desaťročia.

Ak vezmeme do úvahy, že rozsahové rezistory sú dimenzované s toleranciou najmenej 1%, možno očakávať, že toto nastavenie bude poskytovať spoľahlivé údaje. To znamená, že nemusí byť potrebné, aby bol každý rozsah kalibrovaný osobitne.

R1 a S1a sú pripojené na vedenie segmentu desatinnej čiarky na správnom LED displeji, okrem rozsahu 3 (999nF), v ktorom indikácia desatinnej čiarky nie je potrebná. Hodinový oscilátor je v skutočnosti bežnou astabilnou konfiguráciou 555.

Pot RV1 sa používa ako regulátor frekvencie hodín na kalibráciu tohto LED kapacitného merača. Monostabilný výstup sa používa na riadenie kolíka 4 IC 1 a hodinový oscilátor sa aktivuje, iba keď je k dispozícii perióda hradla. Táto funkcia eliminuje dopyt po nezávislej signálnej bráne.

Teraz, keď kontrolujeme obrázok 3, zistíme, že obvod počítadla je zapojený pomocou 3 integrovaných obvodov CMOS 4011. Tieto vlastne nie sú rozpoznané z ideálnej rodiny logických CMOS, napriek tomu sa jedná o mimoriadne flexibilné prvky, ktoré si zaslúžia častú spotrebu.

Tieto sú v skutočnosti nakonfigurované ako počítadlá hore / dole, ktoré majú individuálne vstupy hodín a výstupy nosenia / požičiavania. Ako je možné pochopiť, potenciál využitia v režime zostupného počítadla tu nemá zmysel, vstup dolných hodín je preto spojený so záporným napájacím vedením.

Tri počítadlá sú zapojené postupne, aby bolo možné vykonávať bežné 3-ciferné zobrazenie. Tu je IC9 zapojený tak, aby generoval najmenej významnú číslicu a IC7 umožňuje najvýznamnejšiu číslicu. 4011 obsahuje desaťročné počítadlo, sedem segmentový dekodér a stupne ovládača západky / displeja.

Každý IC by z tohto dôvodu mohol nahradiť typickú 3-čipovú možnosť počítadla / ovládača / západky v štýle TTL. Výstupy majú dostatok energie na priame osvetlenie ľubovoľného vhodného sedem segmentového LED displeja so spoločnou katódou.

Napriek nízkonapäťovému napájaniu 5 voltov sa odporúča riadiť každý segment LED displeja rezistorom obmedzujúcim prúd, aby sa spotreba prúdu celej jednotky merača kapacity mohla udržať pod prijateľnou úrovňou.

Výstup „prenášania“ IC7 sa aplikuje na vstup hodín IC6, čo je rozdelenie typu D na dva flip / flop. Avšak v tomto konkrétnom obvode je implementovaná iba jedna časť IC. Výstup IC6 prepne stav iba v prípade preťaženia. To znamená, že ak je preťaženie výrazne vysoké, bude to mať za následok veľa výstupných cyklov z IC7.

Priame napájanie LED indikátora LED1 cez IC6 by mohlo byť celkom nevhodné, pretože tento výstup môže byť chvíľkový a LED môže byť schopný generovať iba pár krátkych osvetlení, ktoré by mohli ľahko zostať nepovšimnuté.

Aby sa zabránilo tejto situácii, výstup IC7 sa používa na riadenie základného bistabilného obvodu nastavenia / vynulovania vytvoreného zapojením dvojice normálne prázdnych brán IC2 a následne západka prepne LED indikátor LED1. Dve IC6 a západka sa resetujú pomocou IC3, aby pri každej implementácii nového testovacieho čítania začal prepadový obvod od nuly.

Ako stavať

Konštrukcia tohto trojmiestneho obvodu kapacitného meracieho prístroja je len o správnom zostavení všetkých častí podľa nižšie uvedeného rozloženia PCB.

Pamätajte, že IC sú všetky typy CMOS, a preto sú citlivé na statickú elektrinu z vašej ruky. Aby sa zabránilo poškodeniu statickou elektrinou, odporúča sa používať zásuvky IC. Držte integrované obvody na tele a zatlačte do zásuviek bez toho, aby ste sa pritom dotkli kolíkov.

Kalibrácia

Predtým, ako začnete s kalibráciou tohto dokončeného 3-miestneho obvodu kapacitného LED meracieho prístroja, môže byť dôležité použiť kondenzátor s prísnou toleranciou a veľkosťou, ktorá poskytuje približne 50 až 100% rozsahu celého rozsahu meracieho prístroja.

Poďme si predstaviť, že v jednotke je zabudovaný C6, ktorý sa používa na kalibráciu meradla. Teraz nastavte zariadenie na rozsah # 1 (9,99 nF v plnom rozsahu) a vložte priame spojenie cez SK2 a SK4.

Ďalej veľmi jemne upravte RV1, aby sa na displeji zobrazilo príslušné čítanie 4,7nF. Akonáhle je to hotové, môžete nájsť jednotku, ktorá zobrazuje zodpovedajúco správne hodnoty na celom rade kondenzátorov.

Nepredpokladajte však, že údaje budú presne presné. Samotný 3-miestny kapacitný merač je pomerne presný, aj keď, ako už bolo spomenuté vyššie, bude to pre istotu skutočne sprevádzané malými zmenami.

Prečo sa používajú 3 LED displeje

Mnoho kondenzátorov má zvyčajne dosť veľké tolerancie, aj keď niekoľko druhov môže obsahovať presnosť vyššiu ako 10%. Prakticky vzaté, zavedenie 3. číslice displeja LED nemusí byť odôvodnené očakávanou presnosťou, napriek tomu je výhodné z dôvodu skutočnosti, že efektívne rozširuje najnižšiu kapacitu, ktorú je zariadenie schopné prečítať počas celého desaťročia.

Testovanie starých kondenzátorov

V prípade, že je s týmto zariadením testovaný starý kondenzátor, bolo by možné vidieť, že digitálne čítanie na displeji postupne rastie. To nemusí nevyhnutne znamenať chybný kondenzátor, skôr to môže byť jednoducho výsledkom tepla našich prstov, čo spôsobí, že hodnota kondenzátora stúpne okrajovo. Pri vkladaní kondenzátora do zásuviek SKI a SK2 sa uistite, že držíte kondenzátor za telo, nie za vodiče.

Testovanie nadmerného množstva kondenzátorov vysokej hodnoty

Vysokohodnotné kondenzátory, ktoré nie sú v rozmedzí tohto kapacitného LED svietidla, je možné preskúmať pripojením vysokohodnotného kondenzátora do série s kondenzátorom s nižšou hodnotou a následným testovaním celkovej sériovej kapacity týchto dvoch jednotiek.

Povedzme, že chceme preskúmať kondenzátor, na ktorom je vytlačená hodnota 470 µF. Toto je možné implementovať zapojením do série s 100µF kondenzátorom. Potom bolo možné overiť hodnotu kondenzátora 470 µF pomocou nasledujúceho vzorca:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 uF

82,5 µF potvrdí, že 470 µF je v poriadku so svojou hodnotou. Predpokladajme však, že ak merací prístroj zobrazuje nejaké iné hodnoty, napríklad 80 µF, znamená to, že 470 µF nie je v poriadku, pretože jeho skutočná hodnota by bola:

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

Výsledok naznačuje, že zdravie testovaného kondenzátora 470µF nemusí byť veľmi dobré

Na diagrame sú vidieť ďalšie dve zásuvky (SK3 a SK4) a kondenzátor C6. Zámerom SK3 je uľahčiť vybíjanie testovacích prvkov dotykom naprieč SK1 a SK3 pred ich pripojením cez SKI a SK2 na meranie.

Toto platí iba pre kondenzátory, ktoré môžu mať tendenciu akumulovať zvyškový náboj, keď sú odpojené od obvodu tesne pred testovaním. Tento problém môžu byť náchylné na kondenzátory vysokej hodnoty a vysokého napätia.

Za závažných podmienok však bude možno potrebné kondenzátory pred vybitím z obvodu jemne vybiť cez odvzdušňovací odpor. Dôvodom zahrnutia SK3 je umožniť vybitie testovaného kondenzátora pripojením cez SK1 a SK3 pred ich testovaním na SKI a SK2 na meranie.

C6 je praktický vzorkovací kondenzátor pripravený na použitie na účely rýchlej kalibrácie. V prípade, že testovaný kondenzátor vykazuje chybné hodnoty, mohlo by byť nevyhnutné prepnúť na rozsah 1 a umiestniť prepojku cez SK2 na SK4, aby sa C6 pripojil ako testovací kondenzátor. Ďalej možno budete chcieť skontrolovať, či je na displejoch uvedená legitímna hodnota 47nF.

Je však potrebné pochopiť jednu vec: Merač je sám o sebe pomerne presný v rozmedzí niekoľkých plus / mínus, okrem hodnôt kondenzátora takmer identických s kalibračnou hodnotou. Ďalším problémom je, že hodnoty kondenzátora môžu závisieť od teploty a niekoľkých externých parametrov. V prípade, že čítanie kapacity ukazuje miernu chybu presahujúcu hodnotu tolerancie, znamená to s najväčšou pravdepodobnosťou, že súčiastka je absolútne v poriadku a nie je nijako chybná.

Zoznam položiek




Predošlý: Obvod vysielača a prijímača pre 80-metrový rádiový vysielač Ďalej: Jednoduchý alarmový obvod proti krádeži na ochranu cenných predmetov