3-kohaline LED-mahtuvusmõõturi ahel

See projekt on veel üks katseseade, mis võib olla igale elektroonilisele harrastajale äärmiselt mugav ning selle üksuse ehitamine võib olla väga lõbus.

Mahtuvusmõõtur on väga kasulik katseseade, kuna see võimaldab kasutajal soovitud kondensaatorit kontrollida ja selle töökindlust kinnitada.

Tavalistel või tavalistel digitaalmõõturitel pole enamasti mahtuvusmõõturi mugavust ja seetõttu peab elektrooniline harrastaja selle võimaluse saamiseks sõltuma kulukatest arvestitest.

Järgmises artiklis käsitletud vooluring selgitab täiustatud, kuid siiski odavat 3-kohalist LED-mahtuvusmõõturit, mis annab piisavalt täpse mõõtmise kondensaatorite vahemikule, mida tavaliselt kasutatakse kõigis kaasaegsetes elektroonilistes vooluringides.

Mahtuvusvahemikud

Kavandatud mahtuvusmõõturi vooluahela disain pakub 3-kohalist LED-ekraani ja mõõdab väärtusi viie vahemikuga, nagu allpool näidatud:

Vahemik nr 1 = 0 kuni 9,99 nF
Vahemik nr 2 = 0 kuni 99,9 nF
Vahemik # 3 = 0 kuni 999nF
Vahemik # 4 = 0 kuni 9,99 uF
Vahemik # 5 = 0 kuni 99,99 uF

Ülaltoodud vahemikud hõlmavad enamikku standardväärtustest, kuid konstruktsioon ei suuda kindlaks määrata mõne pikofaraadi või suure väärtusega elektrolüütkondensaatori ülimadalat väärtust.

Praktiliselt ei pruugi see piirang liiga palju muret tunda, kuna tänapäevastes elektroonilistes vooluahelates kasutatakse ülimadalate väärtusega kondensaatoreid harva, samas kui suuri kondensaatoreid võiks testida paari seeriaga ühendatud kondensaatori abil, nagu seda kirjeldatakse põhjalikumalt hiljem järgmistes lõikudes.

Kuidas see töötab

Lisatud on ülevooluhoiatuse LED, et vältida ebatäpseid näiteid sobimatu vahemiku valimisel. Seadet juhitakse läbi 9-voldise aku ja seega on see täiesti kaasaskantav.

Joonisel 2 on näidatud LED-mahtuvusmõõturi ahela kellaostsillaatori, madala Hz-ostsillaatori, loogikakontrolleri ja monostabiilse multivibraatori astmete skeem.

Loenduri / draiveri ja ülevooluahela etapid on näidatud järgmisel joonisel ülal.

Vaadates joonist 2, on IC5 5-voldine fikseeritud pinge regulaator, mis tagab kenasti reguleeritud 5-voldise väljundi 9-voldise aku allikast. Kogu vooluahel kasutab toimimiseks seda reguleeritud 5-voldist võimsust.

Aku peaks olema kõrge mAh reitinguga, kuna vooluahela praegune kasutus on üsna suur, umbes 85 mA. Voolutarve võib ületada 100 mA, kui kuvamiseks on enamus 3-kuvari numbritest valgustatud.

Madalsageduslik ostsillaator on ehitatud IC2a ​​ja IC2b ümber, mis on CMOS NOR väravad. Sellegipoolest on need mikrolülitid selles konkreetses vooluringis ühendatud põhi-inverteritena ja rakendatud tavalise CMOS-i astmelise seadistuse kaudu.

Pange tähele, et ostsillaatori astme töösagedus on tunduvalt suurem kui näitude esitamise sagedus, sest see ostsillaator peab ühe lugemistsükli lõpuleviimiseks genereerima 10 väljundtsüklit.

IC3 ja IC4a on konfigureeritud juhtimisloogika etapiks. IC3, mis on CMOS 4017 dekooder / loendur, sisaldab 10 väljundit ('0' kuni '9'). Kõik need väljundid lähevad järjestikku kõrgeks iga järgneva sisendkella tsükli jaoks. Selles konkreetses disainiväljundis varustab nullimiskell loenduritega lähtestuskella.

Väljund '1' muutub seejärel kõrgeks ja lülitab monostabiili, mis tekitab väravaimpulsi kella / loenduri vooluahelale. Väljundid '2' kuni '8' on ühendamata ja ajavahemik, mille jooksul need 2 väljundit kõrgeks keeravad, võimaldab natuke aega, et väravaimpulss saaks lõpule viia ja võimaldaks loendamisel üle minna.

Väljund '9' annab loogikasignaali, mis fikseerib uue näidu üle LED-ekraani, kuid see loogika peab olema negatiivne. See saavutatakse IC4a abil, mis muudab signaali väljundist 9 nii, et see muunduks sobivaks impulsiks.

Monostabiilne multivibraator on tavaline CMOS-versioon, mis kasutab paari 2 sisendiga NOR-väravat (IC4b ja IC4c). Vaatamata sellele, et see on lihtne monostabiilne disain, pakub see funktsioone, mis muudavad selle praeguse rakenduse jaoks täiesti vääriliseks.

See on taandamatu vorm ja annab tulemuseks väljundimpulsi, mis on väiksem kui IC3-st genereeritud päästikimpulss. See funktsioon on tegelikult kriitiline, sest taaskäivitatava tüübi kasutamisel võib kuvari näit olla vähemalt kõrge.

Kavandatud disaini isemahtuvus on üsna minimaalne, mis on hädavajalik, kuna märkimisväärne kohalik mahtuvus võib häirida vooluahela lineaarset atribuuti, mille tulemuseks on tohutu madalaim kuvatav näit.

Kasutamise ajal võis prototüübi kuvamist lugeda '000' kõigis 5 vahemikus, kui testimispesade vahel pole ühendatud kondensaatorit.

Takistid R5 kuni R9 toimivad vahemiku valimistakistitena. Kui vähendate ajastustakistust kümnendi sammude kaupa, suureneb konkreetse lugemise jaoks vajalik ajastusmaht kümnendi kaupa.

Kui arvestame, et kaugustakistite tolerants on vähemalt 1%, võib eeldada, et see seade annab usaldusväärseid näiteid. See tähendab, et ei pruugi olla vaja iga vahemikku eraldi kalibreerida.

R1 ja S1a on ühendatud kümnendkoha segmendi käitamiseks õigel LED-ekraanil, välja arvatud vahemik 3 (999nF), kus kümnendkoha näitamine pole vajalik. Kella ostsillaator on tegelikult tavaline 555 astable konfiguratsioon.

Selle LED-mahtuvusmõõturi kalibreerimiseks kasutatakse potisagedust RV1 taktsageduse kontrollerina. Monostabiilset väljundit kasutatakse IC 1 tihvti 4 juhtimiseks ja kella ostsillaator aktiveeritakse ainult siis, kui värava periood on saadaval. See funktsioon välistab nõudluse sõltumatu signaalivärava järele.

Nüüd kontrollides joonist 3 leiame, et loendur on ühendatud 3 CMOS 4011 IC-ga. Ideaalsest CMOS-i loogikaperekonnast neid tegelikult ei tunta, sellegipoolest on need äärmiselt paindlikud elemendid, mis väärivad sagedast tarbimist.

Need on tegelikult konfigureeritud üles / alla loenduriteks, millel on individuaalsed kella sisendid ja ülekande / laenu väljundid. Nagu võib aru saada, on loendurirežiimis kasutamise potentsiaal siin mõttetu, seepärast on allakella sisend ühendatud negatiivse toiteliiniga.

Kolm loendurit on ühendatud järjestikku, et võimaldada tavapärast 3-kohalist kuvamist. Siin on IC9 traadiga loodud kõige vähem olulise numbri genereerimiseks ja IC7 võimaldab kõige olulisemat numbrit. 4011 sisaldab kümnendi loendurit, seitsme segmendi dekoodrit ja riivi / kuvari draiveri etappe.

Iga üksik IC võib sel põhjusel asendada tüüpilise 3-kiibilise TTL-i loenduri / draiveri / riivi valiku. Väljunditel on piisavalt energiat, et valgustada otseselt sobivat tavalise katoodi seitsme segmendiga LED-ekraani.

Vaatamata 5-voldisele madalpingeallikale on soovitatav juhtida iga LED-ekraanisegment läbi voolu piirava takisti, nii et kogu läbilaskevõimsusmõõturi voolutarve oleks vastuvõetavast madalamal tasemel.

IC7 väljundväljund rakendatakse IC6 kella sisendile, see tähendab kahekordse D-tüüpi jagamist kahele klappile. Kuid selles konkreetses vooluringis on rakendatud ainult üks osa IC-st. IC6 väljund lülitub olekusse ainult ülekoormuse korral. See tähendab, et kui ülekoormus on märkimisväärselt suur, põhjustab see IC7-st palju väljundtsükleid.

LED-indikaatori LED1 otsene toide läbi IC6 võib olla üsna sobimatu, sest see väljund võib olla hetkeline ja LED võib olla võimeline genereerima vaid paar lühikest valgustust, mis võivad kergesti märkamatuks jääda.

Selle olukorra vältimiseks kasutatakse IC7 väljundit bistabiilse põhikomplekti seadistamiseks / lähtestamiseks, mis on loodud paari tavaliselt tühjade IC2 väravate juhtmete ühendamise abil, ja seejärel lülitab riiv LED-indikaatori LED1. IC3 lähtestab kaks IC6 ja riivi, nii et ülevooluahel alustab nullist, kui rakendatakse uut testnäitu.

Kuidas ehitada

Selle 3-kohalise mahtuvusmõõturi vooluahela ehitamine tähendab peaaegu kõigi osade õiget kokkupanemist allpool antud PCB-paigutuse järgi.

Pidage meeles, et IC-d on kõik CMOS-tüüpi ja seetõttu tundlikud teie käe staatilise elektri suhtes. Staatilise elektriga tekitatud kahjustuste vältimiseks on soovitatav kasutada IC-pistikupesasid. Hoidke mikrolülitusi oma kehal ja lükake pistikupesadesse, puudutamata samal ajal tihvte.

Kalibreerimine

Enne selle lõpliku 3-kohalise LED-mahtuvusmõõturi vooluahela kalibreerimise alustamist võib olla oluline kasutada tiheda tolerantsiga kondensaatorit, mille suurus on umbes 50–100% kogu mõõteskaala vahemikust.

Kujutame ette, et seadmesse on integreeritud C6 ja seda kasutatakse loenduri kalibreerimiseks. Nüüd reguleerige seade vahemikku # 1 (9,99 nF täisskaala) ja sisestage otselink SK2 ja SK4 vahele.

Järgmisena reguleerige RV1 väga ettevaatlikult, et kuvada ekraanil 4.7nF asjakohane näit. Kui see on tehtud, võite leida seadme, mis näitab kondensaatorite vahemikus vastavalt õigeid näiteid.

Kuid ärge oodake, et näidud oleksid täpselt täpsed. Kolmekohaline mahtuvusmõõtur iseenesest on üsna täpne, ehkki, nagu varem arutletud, kaasnevad sellega praktiliselt mõned väiksemad lahknevused kindlasti.

Miks kasutatakse 3 LED-ekraani

Paljudel kondensaatoritel on tavaliselt üsna suured tolerantsid, kuigi käputäis sorte võib sisaldada täpsust üle 10%. Praktikas võib öelda, et kolmanda LED-ekraani numbri kasutuselevõtt ei pruugi eeldatava täpsuse osas olla õigustatud, kuid see on siiski kasulik, kuna see laiendab tõhusalt madalaimat mahtuvust, mida seade suudab lugeda terve kümnendi.

Vanade kondensaatorite testimine

Juhul, kui selle seadmega katsetatakse vana kondensaatorit, näete, et ekraanil kuvatav digitaalne näide järk-järgult tõuseb. See ei pruugi tähendada vigast kondensaatorit, pigem võib see olla tingitud lihtsalt meie sõrmede soojusest, mis põhjustab kondensaatori väärtuse marginaalse tõusu. Kondensaatori SKI ja SK2 pesadesse sisestamise ajal hoidke kondensaatorit selle korpuse, mitte juhtmete juures.

Ülimalt suure väärtusega kondensaatorite testimine

Kõrgväärtuslikke kondensaatoreid, mis ei kuulu selle LED-mahtuvusmõõturi vahemikku, võiks uurida, ühendades suure väärtusega kondensaatori järjestikku väiksema väärtusega kondensaatoriga ja testides seejärel kahe seadme kogu seeriavõimsust.

Oletame, et tahame uurida kondensaatorit, millele on trükitud 470 µF väärtus. Seda saab rakendada, ühendades selle järjestikku 100 uF kondensaatoriga. Seejärel saab kondensaatori 470 µF väärtust kontrollida järgmise valemi abil:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 uF

82,5 uF kinnitab, et 470 uF on oma väärtusega korras. Kuid oletame, et kui arvesti näitab mõnda muud näitu, näiteks 80 µF, tähendaks see, et 470 µF pole korras, kuna selle tegelik väärtus oleks siis:

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

Tulemus näitab, et testitud 470µF kondensaatori tervis ei pruugi olla eriti hea

Kaks täiendavat pistikupesa (SK3 ja SK4) ja kondensaator C6 on diagrammil näha. SK3 eesmärk on muuta testielementide tühjendamine hõlpsaks, puudutades neid SK1 ja SK3 vahel, enne kui ühendate need mõõtmiseks SKI ja SK2 külge.

See kehtib ainult nende kondensaatorite kohta, mis võivad vahetult enne testimist vooluahela küljest eemaldamisel kalduda jääklaengut salvestama. Kõrge väärtusega ja kõrgepinge tüüpi kondensaatorid võivad olla selle probleemi suhtes vastuvõtlikud.

Tõsistes tingimustes võib kondensaatorid enne vooluringist välja võtmist olla vaja õrnalt tühjendustakisti kaudu tühjaks laadida. SK3 lisamise põhjuseks on lubada testitava kondensaatori tühjendamine, ühendades need SK1 ja SK3 kaudu, enne kui mõõtmiseks neid SKI-s ja SK2-s testida.

C6 on mugav, kasutamiseks valmis proovikondensaator kiireks kalibreerimiseks. Kui testitav kondensaator näitab mõningaid vigaseid näite, võib olla hädavajalik lülituda vahemikku 1 ja asetada hüppelüli üle SK2 SK4-le, nii et C6 ühendatakse testkondensaatorina. Järgmisena võiksite kontrollida, kas kuvaritele on märgitud 47nF seaduslik väärtus.

Siiski tuleb mõista ühte asja: arvesti iseenesest on üsna täpne mõne% pluss / miinus vahemikus, välja arvatud kondensaatori väärtused, mis on peaaegu identsed kalibreerimisväärtusega. Lisaküsimus on see, et kondensaatori näidud võivad sõltuda temperatuurist ja mõnest välisest parameetrist. Kui mahtuvuse näit näitab väikest viga, mis ületab selle tolerantsi väärtuse, näitab see kõige tõenäolisemalt, et osa on täiesti korras ja pole kuidagi vigane.

Osade nimekiri