Circuit met 3-cijferige LED-capaciteitsmeter

Probeer Ons Instrument Voor Het Oplossen Van Problemen





Dit project is weer een andere testapparatuur die uitermate handig kan zijn voor elke elektronische hobbyist, en het bouwen van deze eenheid kan heel leuk zijn.

Een capaciteitsmeter is een zeer nuttige testapparatuur, aangezien de gebruiker hiermee een gewenste condensator kan controleren en de betrouwbaarheid ervan kan bevestigen.



Gewone of standaard digitale meters hebben meestal geen capaciteitsmeter, en daarom moet een liefhebber van elektronica afhankelijk zijn van dure meters om deze faciliteit te krijgen.

Het circuit dat in het volgende artikel wordt besproken, legt een geavanceerde maar goedkope 3-cijferige LED-capaciteitsmeter uit, die een redelijk nauwkeurige meting biedt voor een reeks condensatoren die veel worden gebruikt in alle hedendaagse elektronische circuits.



Capaciteitsbereiken

Het voorgestelde circuitontwerp van de capaciteitsmeter biedt een 3-cijferig LED-display en meet de waarden met vijf bereiken, zoals hieronder aangegeven:

Bereik # 1 = 0 tot 9,99 nF
Bereik # 2 = 0 tot 99,9 nF
Bereik # 3 = 0 tot 999 nF
Bereik # 4 = 0 tot 9,99 µF
Bereik # 5 = 0 tot 99,99 µF

De bovenstaande bereiken bevatten de meeste standaardwaarden, maar het ontwerp is niet in staat om extreem lage waarden van een paar picofarads of hoogwaardige elektrolytische condensatoren te bepalen.

Praktisch gezien hoeft deze beperking niet al te veel zorg te baren, aangezien condensatoren met een extreem lage waarde zelden worden gebruikt in hedendaagse elektronische schakelingen, terwijl de grote condensatoren kunnen worden getest met behulp van een aantal in serie geschakelde condensatoren, zoals later in detail zal worden beschreven in de volgende paragrafen.

Hoe het werkt

Een overloopwaarschuwings-LED is ingebouwd om onnauwkeurige metingen te voorkomen in het geval een ongepast bereik wordt gekozen. Het apparaat wordt aangedreven door een 9 volt batterij en is daarom absoluut draagbaar.

Figuur 2 toont het schakelschema voor de klokoscillator, een lage Hz-oscillator, logische controller en monostabiele multivibratortrappen van de LED-capaciteitsmeterschakeling.

De trappen van het teller / stuurprogramma en het overloopcircuit worden weergegeven in de volgende afbeelding hierboven.

Kijkend naar figuur 2, is IC5 een 5 volt vaste spanningsregelaar die een mooi gereguleerde 5 volt output levert van de 9 volt batterijbron. Het hele circuit gebruikt deze gereguleerde 5 volt voeding voor de werking.

De batterij moet een hoge mAh-waarde hebben, aangezien het huidige gebruik van het circuit vrij groot is, ongeveer 85 mA. Het stroomverbruik kan hoger zijn dan 100 mA wanneer de meeste cijfers van de 3-display worden verlicht voor de weergave.

De laagfrequente oscillator is gebouwd rond de IC2a ​​en IC2b die CMOS NOR-poorten zijn. Desalniettemin zijn deze IC's in dit specifieke circuit verbonden als basisomvormers en toegepast via een normale CMOS-stabiele opstelling.

Merk op dat de werkfrequentie van de oscillatortrap een stuk groter is in vergelijking met de frequentie waarmee de uitlezingen worden geleverd, omdat deze oscillator 10 outputcycli moet genereren om de voltooiing van een enkele leescyclus mogelijk te maken.

IC3 en IC4a zijn geconfigureerd als de besturingslogica. IC3, een CMOS 4017 decoder / teller, bevat 10 uitgangen ('0' tot '9'). Elk van deze outputs gaat achtereenvolgens hoog voor elke opeenvolgende inputklokcyclus. In dit specifieke ontwerp levert uitgang '0' de resetklok aan de tellers.

Uitgang '1' wordt vervolgens hoog en schakelt de monostabiel om die de poortpuls voor de klok / tellerschakeling produceert. Uitgangen '2' tot '8' zijn niet verbonden, en het tijdsinterval gedurende welke deze twee uitgangen hoog worden, maakt een beetje tijd mogelijk zodat de poortpuls kan worden voltooid en het tellen kan worden beëindigd.

Uitgang '9' levert het logische signaal dat de nieuwe uitlezing vergrendelt via het LED-display, maar deze logica moet een negatieve zijn. Dit wordt bereikt met IC4a die het signaal van uitgang 9 inverteert zodat het zich vertaalt in een geschikte puls.

De monostabiele multivibrator is een standaard CMOS-versie die gebruikmaakt van een paar 2 NOR-poorten (IC4b en IC4c). Ondanks dat het een eenvoudig monostabiel ontwerp is, biedt het functies die het de huidige toepassing perfect waardig maken.

Dit is een vorm die niet opnieuw kan worden getriggerd en levert als resultaat een outputpuls die kleiner is dan de triggerpuls die wordt gegenereerd door IC3. Deze functie is eigenlijk van cruciaal belang, omdat wanneer een hertriggerbaar type wordt gebruikt, de minste displaywaarde vrij hoog kan zijn.

De zelfcapaciteit van het voorgestelde ontwerp is vrij minimaal, wat essentieel is omdat een aanzienlijke mate van lokale capaciteit het lineaire kenmerk van de schakeling zou kunnen verstoren, wat resulteert in een enorm laagste displaywaarde.

Tijdens het gebruik kon het prototype-display worden gezien met het lezen van '000' over alle 5 bereiken wanneer er geen condensator is aangesloten op testsloten.

Weerstanden R5 tot R9 functioneren als bereikselectieweerstanden. Wanneer u de timingweerstand in stappen van tien decennia verlaagt, wordt de timingcapaciteit die nodig is voor een bepaalde meting verhoogd in stappen van decennium.

Als we bedenken dat de bereikweerstanden een tolerantie van ten minste 1% hebben, kan worden verwacht dat deze opstelling betrouwbare metingen zal opleveren. Dit betekent dat het wellicht niet nodig is om elk bereik afzonderlijk te kalibreren.

R1 en S1a zijn bedraad om het decimale puntsegment op het juiste LED-display te laten zien, behalve voor bereik 3 (999nF) waarin een decimale punt-indicatie niet nodig is. De klokoscillator is eigenlijk een gewone 555-astabiele configuratie.

Pot RV1 wordt gebruikt als klokfrequentieregelaar, voor het kalibreren van deze LED-capaciteitsmeter. De monostabiele uitgang wordt gebruikt voor het besturen van pin 4 van IC 1, en de klokoscillator wordt alleen geactiveerd zolang de poortperiode beschikbaar is. Deze functie elimineert de vraag naar een onafhankelijke signaalpoort.

Als we nu figuur 3 controleren, zien we dat het tellercircuit is bedraad met behulp van 3 CMOS 4011 IC's. Deze worden eigenlijk niet herkend uit de ideale CMOS-logicafamilie, maar toch zijn het uiterst flexibele elementen die regelmatig gebruik waard zijn.

Deze zijn eigenlijk geconfigureerd als op / neer tellers met individuele klokingangen en carry / leenuitgangen. Zoals kan worden begrepen, is het potentieel om te gebruiken in de omlaag-tellermodus hier zinloos, de omlaagklokingang is daarom gekoppeld aan de negatieve voedingslijn.

De drie tellers zijn opeenvolgend met elkaar verbonden om een ​​conventionele 3-cijferige weergave mogelijk te maken. Hier is IC9 bedraad om het minst significante cijfer te genereren en IC7 maakt het meest significante cijfer mogelijk. De 4011 bevat een decadenteller, een decoder met zeven segmenten en een latch / display-stuurprogramma.

Elke afzonderlijke IC zou om die reden een typische 3-chip TTL-stijl teller / driver / latch-optie kunnen vervangen. De uitgangen hebben voldoende vermogen om elke geschikte gemeenschappelijke kathode met zeven segmenten LED-display direct te verlichten.

Ondanks een lage spanningstoevoer van 5 volt is het raadzaam om elk afzonderlijk LED-displaysegment door een stroombegrenzende weerstand te sturen, zodat het stroomverbruik van de gehele capaciteitsmeter onder een acceptabel niveau kan worden gehouden.

De 'carry'-uitgang van de IC7 wordt toegepast op de IC6-klokingang, dat wil zeggen een dubbele D-type gedeeld door twee flip / flop. In dit specifieke circuit is echter slechts een deel van de IC geïmplementeerd. De IC6-uitgang schakelt alleen van status bij overbelasting. Dit houdt in dat als de overbelasting aanzienlijk hoog is, dit zal resulteren in veel outputcycli van IC7.

Het rechtstreeks voeden van de LED-indicator LED1 via IC6 zou behoorlijk ongepast kunnen zijn, omdat deze output tijdelijk kan zijn en de LED mogelijk slechts een paar korte verlichtingen kan genereren die gemakkelijk onopgemerkt kunnen blijven.

Om deze situatie te vermijden wordt de IC7-uitgang gebruikt om een ​​basisset / reset-bistabiele schakeling aan te sturen, gecreëerd door een paar normaal lege poorten van IC2 te bedraden, en vervolgens schakelt de grendel de LED-indicator LED1. De twee IC6 en de latch worden gereset door IC3 zodat het overloopcircuit helemaal opnieuw begint wanneer een nieuwe testuitlezing wordt geïmplementeerd.

Hoe te bouwen

Bij het construeren van dit 3-cijferige capaciteitsmetercircuit gaat het erom dat alle onderdelen correct worden gemonteerd over de onderstaande PCB-lay-out.

Onthoud dat de IC allemaal CMOS-typen zijn en daarom gevoelig voor statische elektriciteit van uw hand. Om schade door statische elektriciteit te voorkomen, wordt het gebruik van IC-voetjes aanbevolen. Houd de IC's op hun lichaam en druk ze in de houders, zonder daarbij de pinnen aan te raken.

Kalibratie

Voordat u begint met het kalibreren van dit voltooide 3-cijferige circuit met LED-capaciteitsmeter, kan het belangrijk zijn om een ​​condensator te gebruiken met een nauwe tolerantie en een grootte die ongeveer 50 tot 100% van het volledige schaalbereik van de meter levert.

Laten we ons voorstellen dat C6 in het apparaat is verwerkt en wordt toegepast om de meter te kalibreren. Stel nu het apparaat in op bereik # 1 (9,99 nF volledige schaal) en voeg een directe link in over SK2 en SK4.

Pas vervolgens RV1 heel voorzichtig aan om de juiste aflezing van 4.7nF op het scherm te visualiseren. Zodra dit is gebeurd, kan het zijn dat het apparaat de overeenkomstige correcte waarden weergeeft over een reeks condensatoren.

Verwacht echter niet dat de metingen exact nauwkeurig zijn. De 3-cijferige capaciteitsmeter op zichzelf is redelijk nauwkeurig, hoewel het, zoals eerder besproken, praktisch zeker gepaard zal gaan met enkele kleine discrepanties.

Waarom 3 LED-displays worden gebruikt

Veel condensatoren hebben de neiging om vrij grote toleranties te hebben, hoewel een handvol variëteiten een nauwkeurigheid van meer dan 10% kan hebben. Praktisch gesproken is de introductie van het derde cijfer van de LED-display mogelijk niet gerechtvaardigd met betrekking tot de verwachte precisie, maar het is toch voordelig vanwege het feit dat het efficiënt de laagste capaciteit uitbreidt die het apparaat kan lezen gedurende een volledig decennium.

Oude condensatoren testen

Als een oude condensator met deze apparatuur wordt getest, zou u mogelijk kunnen zien dat de digitale aflezing op het display geleidelijk stijgt. Dit hoeft niet noodzakelijkerwijs een defecte condensator te betekenen, maar dit kan eenvoudig het gevolg zijn van de warmte van onze vingers waardoor de waarde van de condensator marginaal stijgt. Let er bij het plaatsen van een condensator in de SKI- en SK2-sleuven op dat u de condensator bij de behuizing vasthoudt en niet de kabels.

Hoge waarde condensatoren buiten bereik testen

Hoogwaardige condensatoren die niet binnen het bereik van deze LED-capaciteitsmeter vallen, kunnen worden onderzocht door de hoogwaardige condensator in serie te schakelen met een condensator met een lagere waarde en vervolgens de totale seriecapaciteit van de twee eenheden te testen.

Laten we zeggen dat we een condensator willen onderzoeken met een waarde van 470 µF erop gedrukt. Dit kan worden gerealiseerd door het in serie te bevestigen met een condensator van 100 µF. Vervolgens kon de waarde van de condensator 470 µF worden geverifieerd met de volgende formule:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 µF

De 82,5 µF zal bevestigen dat de 470 µF in orde is met zijn waarde. Maar stel dat als de meter een andere waarde aangeeft, zoals 80 µF, dat zou betekenen dat de 470 µF niet in orde is, aangezien de werkelijke waarde dan zou zijn:

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

Het resultaat geeft aan dat de gezondheid van de geteste 470 µF-condensator niet erg goed is

De twee extra aansluitingen (SK3 en SK4) en condensator C6 zijn te zien in het diagram. De bedoeling van SK3 is om het gemakkelijk te maken voor testelementen om te worden ontladen door SK1 en SK3 aan te raken voordat ze voor de meting in SKI en SK2 worden aangesloten.

Dit is alleen van toepassing op die condensatoren die de neiging kunnen hebben om wat restlading op te slaan wanneer ze vlak voor het testen uit een circuit worden verwijderd. Hoogwaardige en hoogspanningstype condensatoren zijn degenen die mogelijk gevoelig zijn voor dit probleem.

In ernstige omstandigheden moeten condensatoren echter voorzichtig worden ontladen via een ontluchtingsweerstand voordat ze uit een circuit worden verwijderd. De reden voor het opnemen van SK3 is om de te testen condensator te laten ontladen door verbinding te maken met SK1 en SK3 voordat ze voor de meting worden getest op SKI en SK2.

C6 is een handige, gebruiksklare monstercondensator voor snelle kalibratiedoeleinden. In het geval dat een te testen condensator een foutieve uitlezing vertoont, kan het essentieel zijn om over te schakelen naar bereik 1 en een jumperlink over SK2 naar SK4 te plaatsen zodat C6 wordt aangesloten als de testcondensator. Vervolgens wilt u misschien controleren of een legitieme waarde van 47nF wordt aangegeven op de displays.

Er is echter één ding dat moet worden begrepen: de meter zelf is redelijk nauwkeurig binnen een paar% plus / min, afgezien van condensatorwaarden die bijna identiek zijn aan de kalibratiewaarde. Een bijkomend probleem is dat de waarden van de condensator afhankelijk kunnen zijn van de temperatuur en een paar externe parameters. In het geval dat een capaciteitsaflezing een kleine fout vertoont die groter is dan de tolerantiewaarde, geeft dit hoogstwaarschijnlijk aan dat het onderdeel absoluut in orde is en op geen enkele manier defect is.

Onderdelen lijst




Vorige: Zenderontvangercircuit voor Ham-radio van 80 meter Volgende: Eenvoudig antidiefstalalarmcircuit om waardevolle voorwerpen te beschermen