3-sifret LED kapasitansmåler krets

Dette prosjektet er nok et testutstyr som kan være ekstremt nyttig for enhver elektronisk hobbyist, og å bygge denne enheten kan være veldig gøy.

En kapasitansmåler er et veldig nyttig testutstyr, da det lar brukeren sjekke en ønsket kondensator og bekrefte at den er pålitelig.

Vanlige eller standard digitale målere har stort sett ikke kapasitansmåler, og derfor må en elektronisk entusiast være avhengig av kostbare målere for å få dette anlegget.

Kretsen som er diskutert i den følgende artikkelen, forklarer en avansert, men billig, 3-sifret LED-kapasitansmåler, som gir en rimelig nøyaktig måling for en rekke kondensatorer som ofte brukes i alle moderne elektroniske kretser.

Kapasitansområder

Den foreslåtte kretsdesign for kapasitansmåler har en 3-sifret LED-skjerm, og den måler verdiene med fem områder, som vist nedenfor:

Område nr. 1 = 0 til 9,99 nF
Område nr. 2 = 0 til 99,9 nF
Område # 3 = 0 til 999nF
Område nr. 4 = 0 til 9,99 µF
Område # 5 = 0 til 99,99 µF

Ovennevnte områder inkluderer de fleste standardverdiene, men designen er ikke i stand til å bestemme ekstremt lave verdier på noen få picofarader eller elektrolytiske kondensatorer med høy verdi.

Praktisk talt er denne begrensningen kanskje ikke for mye bekymring, siden kondensatorer med ekstremt lav verdi sjelden brukes i dagens elektroniske kretser, mens de store kondensatorene kan testes ved hjelp av et par seriekoblede kondensatorer, slik det vil bli beskrevet i dybden senere i følgende avsnitt.

Hvordan det fungerer

En advarsels-LED for overløp er innarbeidet for å forhindre unøyaktige målinger i tilfelle et upassende område velges. Enheten drives gjennom et 9 volts batteri, og dermed er det helt bærbart.

Figur 2 viser kretsskjemaet for klokkeoscillatoren, en lav Hz-oscillator, logisk kontroller og monostabile multivibratorstrinn i LED-kapasitansmålerkretsen.

Teller / driver- og overløpskretsstadiene er vist i neste figur ovenfor.

Ser vi på figur 2, er IC5 en 5 volt fast spenningsregulator som gir en pent regulert 5 volt utgang fra 9 volt batterikilde. Hele kretsen bruker denne regulerte 5 volt strømmen til funksjonen.

Batteriet skal ha en høy mAh-vurdering siden den nåværende bruken av kretsen er ganske stor på rundt 85 mA. Strømforbruket kan gå utover 100 mA når de fleste sifrene i 3-skjermen lyser for visning.

Lavfrekvensoscillatoren er bygget rundt IC2a ​​og IC2b som er CMOS NOR-porter. Likevel, i denne spesielle kretsen er disse IC-ene koblet til som grunnleggende omformere og brukes gjennom vanlig CMOS-astabelt oppsett.

Vær oppmerksom på at arbeidsfrekvensen til oscillatortrinnet er mye større sammenlignet med frekvensen som avlesningene blir gitt, fordi denne oscillatoren må generere 10 utgangssykluser for å muliggjøre fullføring av en enkelt lesesyklus.

IC3 og IC4a er konfigurert som kontrollogikkfasen. IC3 som er en CMOS 4017 dekoder / teller, inkluderer 10 utganger ('0' til '9'). Hver av disse utgangene går i rekkefølge høyt for hver eneste påfølgende inngangssyklus. I denne spesielle utformingen leverer '0' tilbakestillingsklokken til tellerne.

Utgang '1' blir deretter høy og bytter den monostabilen som produserer portpulsen for klokke / motkretsen. Utgangene '2' til '8' er ikke tilkoblet, og tidsintervallet der disse 2 utgangene blir høye, gir litt tid, slik at portpulsen kan fullføres og for å la tellingen bli over.

Utgang '9' leverer det logiske signalet som låser den nye avlesningen over LED-skjermen, men denne logikken må være negativ. Dette oppnås med IC4a som inverterer signalet fra utgang 9 slik at det overføres til en passende puls.

Den monostabile multivibratoren er en standard CMOS-versjon som bruker et par 2 inngangs-NOR-porter (IC4b og IC4c). Til tross for at den er en enkel monostabil design, tilbyr den funksjoner som gjør det perfekt verdig den nåværende applikasjonen.

Dette er en ikke-uttrekkbar form, og gir som resultat en utgangspuls som er mindre enn utløserpulsen generert fra IC3. Denne funksjonen er faktisk kritisk, for når en retriggerbar type brukes, kan den minste skjermlesningen være ganske høy.

Den foreslåtte designens egenkapasitet er ganske minimal, noe som er viktig, siden en betydelig grad av lokal kapasitans kan forstyrre kretsens lineære attributt, noe som resulterer i en enorm laveste skjermavlesning.

Under bruk kan prototypedisplayet sees ved å lese '000' i alle 5 områdene når det ikke er noen kondensator koblet til på tvers av sporene.

Motstander R5 til R9 fungerer som motstander for valg av område. Når du reduserer timingsmotstanden over tiårstrinn, blir tidskapasitansen som kreves for en bestemt måling økt i tiårs intervaller.

Hvis vi vurderer at avstandsmotstandene er vurdert med en toleranse på minst 1%, kan dette oppsettet forventes å gi pålitelige målinger. Dette betyr at det kanskje ikke er nødvendig at hvert område kalibreres separat.

R1 og S1a er koblet til å kjøre desimaltegnsegmentet på riktig LED-skjerm, med unntak av område 3 (999nF) der en desimaltegn ikke er nødvendig. Klokkeoscillatoren er faktisk en vanlig 555 astabel konfigurasjon.

Pot RV1 brukes som klokkefrekvensregulator for kalibrering av denne LED-kapasitansmåleren. Den monostabile utgangen brukes til å kontrollere tappen 4 på IC 1, og klokkeoscillatoren aktiveres bare mens portperioden er tilgjengelig. Denne funksjonen eliminerer behovet for en uavhengig signalport.

Når vi nå sjekker figur 3, finner vi at motkretsen er kablet med 3 CMOS 4011 ICer. Disse er faktisk ikke gjenkjent fra den ideelle CMOS-logikkfamilien, men likevel er dette ekstremt fleksible elementer som er verdige til hyppig forbruk.

Disse er faktisk konfigurert som opp / ned tellere som har individuelle klokkeinnganger og bære / låne utganger. Som det kan forstås, er potensialet for bruk i ned-teller-modus meningsløst her, ned-klokkeinngangen er derfor hekta med den negative tilførselsledningen.

De tre tellerne kobles i rekkefølge for å tillate en konvensjonell tresifret visning. Her er IC9 kablet for å generere det minst signifikante sifferet, og IC7 muliggjør det mest betydningsfulle sifferet. 4011 inkluderer en tiårsteller, en sju-segment dekoder og en lås / skjerm driver trinn.

Hver eneste IC kunne av den grunn erstatte et typisk 3-chip TTL stil counter / driver / latch alternativ. Utgangene har nok strøm til å direkte belyse enhver passende vanlig katode syv segment LED-skjerm.

Til tross for en lav spenningsforsyning på 5 volt, anbefales det å kjøre hvert eneste LED-skjermsegment gjennom en strømbegrensende motstand, slik at strømforbruket til hele kapasitetsmålerenheten kan holdes under et akseptabelt nivå.

IC7s 'bæreutgang' brukes til IC6-klokkeinngangen, det vil si en dobbel D-type delt med to flip / flop. Imidlertid er bare en del av IC implementert i denne kretsen. IC6-utgangen vil bare bytte tilstand når det er overbelastning. Dette innebærer at hvis overbelastningen er betydelig høy, vil det føre til mange utgangssykluser fra IC7.

Det kan være ganske upassende å drive LED-indikatoren LED1 gjennom IC6 direkte, fordi denne utgangen kan være kortvarig og LED kan muligens generere bare et par korte belysninger som lett kan bli lagt merke til.

For å unngå denne situasjonen brukes IC7-utgangen til å kjøre en grunnleggende sett / tilbakestille bistabil krets opprettet ved å koble et par normalt tomme porter til IC2, og deretter bytter sperren LED-indikatorens LED1. De to IC6 og sperren tilbakestilles av IC3 slik at overløpskretsen begynner fra bunnen når en ny testavlesning blir implementert.

Hvordan bygge

Å konstruere denne 3-sifrede kapasitansmålerkretsen handler bare om å montere alle delene riktig over det nedenfor gitte PCB-oppsettet.

Husk at IC er alle CMOS-typer og derfor følsomme for statisk elektrisitet fra hånden din. For å unngå skader gjennom statisk elektrisitet anbefales bruk av IC-stikkontakter. Hold IC-ene på kroppen og skyv dem inn i stikkontaktene uten å berøre pinnene i prosessen.

Kalibrering

Før du begynner å kalibrere denne avsluttede tresifrede LED-kapasitansmålerkretsen, kan det være viktig å benytte en kondensator med en tett toleranse og en størrelse som gir omtrent 50 til 100% av målerens full skala.

La oss forestille oss at C6 er innlemmet i enheten og brukes til å kalibrere måleren. Nå justerer du enheten til rekkevidde 1 (9,99 nF full skala) og setter inn en direkte kobling over SK2 og SK4.

Deretter justerer du RV1 veldig forsiktig for å visualisere riktig lesing av 4.7nF på skjermen. Når dette er gjort, kan det hende du finner enheten som viser tilsvarende riktige målinger over en rekke kondensatorer.

Du må imidlertid ikke forvente at avlesningene blir nøyaktige. Den tresifrede kapasitansmåleren på egenhånd er ganske presis, selv om den, som diskutert tidligere, praktisk talt vil bli ledsaget av noen mindre avvik.

Hvorfor tre LED-skjermer brukes

Mange kondensatorer har en tendens til å ha ganske store toleranser, selv om en håndfull varianter kan inneholde en nøyaktighetsgrad på høyere enn 10%. Praktisk sett kan det hende at innføringen av det tredje LED-skjermsifferet ikke er berettiget med hensyn til forventet presisjon, men det er likevel fordelaktig på grunn av det faktum at det effektivt utvider den laveste kapasitansen som enheten er i stand til å lese gjennom et helt tiår.

Testing av gamle kondensatorer

Hvis en gammel kondensator testes med dette utstyret, kan du muligens se at den digitale avlesningen på skjermen gradvis øker. Dette kan ikke nødvendigvis bety en defekt kondensator, men dette kan ganske enkelt være et resultat av at varmen fra fingrene våre får kondensatorverdien til å øke marginalt. Mens du setter inn en kondensator i SKI- og SK2-sporene, må du holde kondensatoren i kroppen og ikke på ledningene.

Testing av overrange høykvalitets kondensatorer

Kondensatorer med høy verdi som ikke er innenfor rekkevidden til denne LED-kapasitansmåleren, kan undersøkes ved å koble høyverdikondensatoren i serie med en kondensator med lavere verdi, og deretter teste den totale seriekapasiteten til de to enhetene.

La oss si, vi vil undersøke en kondensator med en 470 µF-verdi trykt på den. Dette kan implementeres ved å feste den i serie med 100 µF kondensator. Da kunne verdien på kondensatoren 470 µF verifiseres ved hjelp av følgende formel:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 uF

82,5 µF vil bekrefte at 470 µF er bra med verdien. Men anta at hvis måleren viser annen lesing som 80 µF, vil det bety at 470 µF ikke er OK, siden den faktiske verdien da vil være:

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

Resultatet indikerer at den testede 470 µF kondensatorens helse kanskje ikke er veldig bra

De to ekstra kontaktene (SK3 og SK4) og kondensator C6 kan ses i diagrammet. Hensikten med SK3 er å gjøre det enkelt for testelementer å slippes ut ved å berøre SK1 og SK3 før de plugges over SKI og SK2 for måling.

Dette gjelder bare kondensatorer som kan ha en tendens til å lagre noe restladning når de fjernes fra en krets rett før testing. Kondensatorer av høy verdi og høyspenning er de som kan være utsatt for dette problemet.

Imidlertid kan kondensatorer under alvorlige forhold måtte tømmes forsiktig ut via en utluftningsmotstand før du tar dem ut fra en krets. Årsaken til å inkludere SK3 er å la kondensatoren under test tømmes ved å koble over SK1 og SK3 før du tester dem over SKI og SK2 for måling.

C6 er en praktisk prøvekondensator som er klar til bruk for rask kalibrering. I tilfelle en kondensator under test viser en feilaktig avlesning, kan det være viktig å bytte til område 1, og sette en hopperkobling over SK2 til SK4 slik at C6 blir koblet til som testkondensator. Deretter vil du kanskje kontrollere at en legitim verdi på 47nF er angitt over skjermene.

Imidlertid er det en ting som må forstås: Måleren i seg selv er ganske nøyaktig innen noen få% pluss / minus, bortsett fra kondensatorverdier nesten identiske med kalibreringsverdien. Et ekstra problem er at kondensatoravlesningene kan være avhengig av temperatur og noen få eksterne parametere. Hvis en kapasitansavlesning viser en liten feil som overstiger toleranseverdien, indikerer dette mest sannsynlig at delen er helt OK, og er på ingen måte defekt.

Deleliste