2 enkle kretser for kapasitansmåler forklart - ved hjelp av IC 555 og IC 74121

I dette innlegget vil vi snakke om et par enkle, men veldig nyttige, små kretser i form av frekvensmåler og kapasitansmåler ved hjelp av den allestedsnærværende IC 555.

Hvordan kondensatorer fungerer

Kondensatorer er en av de viktigste elektroniske komponentene som kommer inn under den passive komponentfamilien.

Disse brukes mye i elektroniske kretser, og praktisk talt ingen krets kan bygges uten å involvere disse viktige delene.

Den grunnleggende funksjonen til en kondensator er å blokkere likestrøm og passere vekselstrøm, eller med enkle ord, vil enhver spenning som pulserer i naturen få passere gjennom en kondensator, og enhver spenning som ikke er polarisert eller i form av en likestrøm vil bli blokkert av en kondensator gjennom prosessen med lading.

En annen viktig funksjon av kondensatorer er å lagre elektrisitet ved å lade den og levere den tilbake til en tilkoblet krets ved utladningsprosessen.

Ovennevnte to hovedfunksjonene til kondensatorer brukes til å implementere en rekke viktige operasjoner i elektroniske kretser som gjør det mulig å få utganger i henhold til de nødvendige spesifikasjonene for designet.

Men i motsetning til motstander, kondensatorer er vanskelig å måle gjennom vanlige metoder.

For eksempel kan en vanlig multitester ha mange målefunksjoner inkludert som en OHM-meter, voltmeter, amperemeter, diodetester, hFE-tester osv., Men kan bare ikke ha den illusive kapasitans målefunksjon .

Funksjonen til en kapasitansmåler eller en induktansmåler er sett til å være tilgjengelig bare i high-end type multimeter som definitivt ikke er billig, og ikke alle nye hobbyister kan være interessert i å skaffe seg en.

Kretsen som er diskutert her, takler veldig effektivt disse problemene og viser hvordan man bygger en enkel billig kapasitans cum frekvensmåler som kan bygges hjemme av enhver elektronisk nybegynner og brukes til den tiltenkte nyttige applikasjonen.

Kretsdiagram

Hvordan frekvens fungerer for å oppdage kapasitet

Med henvisning til figuren utgjør IC 555 hjertet i hele konfigurasjonen.

Denne allsidige brikken på arbeidshesten er konfigurert i sin mest standardmodus som er den monostabile multivibratormodusen.
Hver positive topp av pulsen som påføres ved inngangen som er pinne nr. 2 på IC, skaper en stabil utgang med en forhåndsbestemt fast periode satt av den forhåndsinnstilte P1.

Men for hvert fall i pulsetoppen, tilbakestilles den monostabile og utløser automatisk med neste ankomsttopp.

Dette genererer en slags gjennomsnittsverdi ved utgangen til IC som er direkte proporsjonal med frekvensen til den påførte klokken.

Med andre ord integrerer utgangen fra IC 555 som består av noen få motstander og kondensatorer serien av pulser for å gi en stabil gjennomsnittsverdi direkte proporsjonal med den anvendte frekvensen.

Gjennomsnittsverdien kan enkelt leses eller vises over en rullende spiralmåler koblet over de viste punktene.

Så ovenstående lesing vil gi en direkte avlesning av frekvensen, så vi har en pen frekvensmåler til rådighet.

Bruke frekvens for å måle kapasitans

Når vi ser på neste figur nedenfor, kan vi tydelig se at ved å legge til en ekstern frekvensgenerator (IC 555 astable) til forrige krets, blir det mulig å få måleren til å tolke verdiene til en kondensator over de angitte punktene, fordi denne kondensatoren direkte påvirker eller er proporsjonal med frekvensen til klokkekretsen.

Derfor vil nettofrekvensverdien som nå vises ved utgangen tilsvare verdien av kondensatoren som er koblet over de ovenfor diskuterte punktene.

Det betyr at nå har vi en to i en krets som kan måle kapasitans så vel som frekvens, ved hjelp av bare et par ICer og noen tilfeldige elektroniske deler. Med små modifikasjoner kan kretsen enkelt brukes som turteller eller som turtallsutstyr.

Deleliste

• R1 = 4K7
• R3 = KAN VARIERE 100K POTTE
• 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 = 1V FSD meter,
• D1, D2 = 1N4148

Kapasitansmåler ved bruk av IC 74121

Denne enkle kapasitansmålerkretsen gir 14 lineært kalibrerte kapasitansmåleområder, fra 5 pF til 15 uF FSD. S1 er ansatt som en områdebryter, og opererer i samarbeid med S4 (s1 / x10) og S3 (x l) eller S2 (x3). IC 7413 fungerer som en astabel oscillator, sammen med R1 og C1 til C6 som fungerer som de frekvensbestemmende elementene.

Dette trinnet aktiverer IC 74121 (en monostabil multivibrator) slik at den genererer en asymmetrisk firkantbølge med en gjentakende frekvens hvis verdi bestemmes av delene R1 og C1 til C6 og med en driftssyklus som bestemt av R2 (eller R3) og Cx .

Den typiske verdien av denne firkantbølgespenningen endres lineært når driftssyklusen endres, som igjen modifiseres lineært basert på verdien til Cs, verdien av R2 / R3 (s10 / x I) og frekvensen (etablert av S1 bryterposisjon).

Den endelige områdevalgbryteren S3j ..- xl) og 52 (x3) setter i utgangspunktet en motstand i serie med måleren. Konfigurasjonen rundt pinnene 10 og pinnen 11 til IC 74121, og for Cx, må være så kort og stiv som mulig, for å sikre at herreløs kapasitans her er minimal og uten svingninger. P5 og P4 brukes for uavhengig nullkalibrering for områder med lav kapasitans. For alle høyere områder er kalibrering utført av oreset P3 bare tilstrekkelig. F.s.d. kalibrering er ganske grei.

Ikke start loddetinn C6 i kretsen, men fest det over terminalene merket Cx for den ukjente kondensatoren. Sett S1 i posisjon 3, S4 i posisjon x1 og S2 lukket (s3), dette blir satt opp for områdene 1500 pF f.s.d. Nå blir C6 klar til å brukes som en verdi for kalibreringsbenk. Deretter justeres potten P1 til måleren dekrypterer 2/3 av f.s.d. Deretter kan S4 flyttes til posisjon 'x 10', S2 holdes åpen og S3 er lukket (x1), dette kan sammenlignes med 5000 pF f.s.d., mens man jobber med C6 som den ukjente kondensatoren. Resultatet for denne komplette oppsettet skal gi 1/5 av fs.d.

På den annen side kan du anskaffe et utvalg av nøyaktig kjente kondensatorer og bruke disse over Cx-punktene, og deretter justere de forskjellige pottene for å fikse kalibreringene på målerhjulet på riktig måte.

PCB-design

Nok en enkel, men likevel nøyaktig kapasitansmålerkrets

Når en konstant spenning påføres en kondensator gjennom en motstand, øker kondensatorladningen på en eksponentiell måte. Men hvis tilførselen over en kondensator kommer fra en konstant strømkilde, viser ladningen på kondensatoren en økning som er ganske mye lineær.

Dette prinsippet der en kondensator er ladet lineært, brukes her i den nedenfor diskuterte enkle kapasitansmåleren. Den er designet for å måle kondensatorverdier langt utenfor rekkevidden til mange lignende analoge målere.

Ved hjelp av en konstant strømforsyning fastslår måleren tiden det tar å komplettere ladningen over den ukjente kondensatoren til en kjent referansespenning. Måleren gir 5 fullskalaområder på 1,10, 100, 1000 og 10 000 µF. På 1-µF-skalaen kunne kapasitansverdier så små som 0,01 µF måles uten problemer.

Hvordan det fungerer.

Som vist i figur, gir delene D1, D2, R6, Q1 og en av motstandene over R1 til R5 5 valg for konstant strømforsyning gjennom bryteren S1A.

Når S2 holdes i den angitte posisjonen, kortsluttes denne konstante strømmen til jord gjennom S2A. Når S2 byttes i det alternative valget, kjøres konstantstrømmen inn i kondensatoren som testes, over BP1 og BP2, som tvinger kondensatorladningen i lineær modus.

Op amp IC1 er festet som en komparator, med sin (+) inngangspinne festet til R8, som fikser referansespenningsnivået.

Så snart den lineært økende ladningen over kondensatoren som testes, når noen millivolt høyere enn (-) inngangsstift på IC1, bytter den øyeblikkelig komparatorutgangen fra +12 volt til -12 volt.

Dette fører til at utgangen fra komparatoren aktiverer en konstantstrømskilde laget ved bruk av delene D3, D4, D5, R10, R11 og Q2.

I tilfelle hvis S2A blir slått til jord, akkurat som S2B, resulterer dette i kortslutning av kondensator C1-terminalene, og snur potensialet over C1 til null. Med S2 i åpen tilstand utløser konstantstrømspassering via C1 spenningen over C1 for å øke lineært.

Når spenningen over kondensatoren som testes, får komparatoren til å veksle, resulterer i at dioden D6 snur forspent. Denne handlingen forhindrer at C1 lades lenger.

Siden ladingen av C1 bare skjer til det punktet hvor komparatorens utgangsstatus bare skifter over, innebærer at spenningen som utvikles over den skal være direkte proporsjonal med kapasitansverdien til den ukjente kondensatoren.

For å sikre at C1 ikke utlades mens måleren M1 måler spenningen, er det innarbeidet et høyt impedansbuffertrinn, opprettet ved hjelp av IC2, for måleren M1.

Motstand R13 og måler M1 utgjør en grunnleggende voltmetermonitor på rundt 1 V FSD. Ved behov kan et eksternt voltmeter brukes, forutsatt at det har et fullskalaområde på under 8 volt. (Hvis du bruker denne typen ekstern måler, må du sørge for å sette R8 på 1-µF-området, slik at en nøyaktig identifisert 1 µF kondensator tilsvarer en 1 volt-avlesning.)

Kondensator C2 brukes for å motvirke svingning av Q1 konstant strømforsyning, og R9 og R12 brukes til å beskytte op-ampene i tilfelle strømforsyningen blir slått av i løpet av den tiden kondensatoren under test og C1 blir ladet, eller Ellers kan de begynne å tømme gjennom op-ampene, noe som kan føre til skade.

Deleliste

PCB-design

Hvordan kalibrere

Før du tilfører strøm til kapasitansmålerkretsen, bruk en fin skrutrekker for å justere måleren M1 nålen nøyaktig til nullnivået.

Plasser en nøyaktig kjent kondensator rundt 0,5 og 1,0 µF ved +/- 5%. Dette vil fungere som 'kalibreringsbenkmerke'.

Koble denne kondensatoren over BP1 og BP2 (positiv side til BP1). Juster områdebryteren S1 til '1' plassering (måleren skal vise 1 µF full skala).

Plasser S2 for å koble jordledningen fra de to kretsene (Q1 kollektor og Cl). M1-måleren vil nå begynne en eksklusiv bevegelse og slå seg ned ved en bestemt lesing. Veksle S2 tilbake må føre til at måleren faller nedover ved null volt-merket. Bytt S2 en gang til og bekreft målerens oppskalering.

Alternativt kan du hoppe S2 og finjustere R8 til du finner måleren som viser den nøyaktige verdien av 5% av kondensatorens kalibrering. Ovennevnte bare en kalibreringsoppsett vil være tilstrekkelig for de gjenværende områdene.