Tento projekt je dalším zkušebním zařízením, které může být extrémně užitečné pro každého elektronického fanda, a budování této jednotky může být hodně zábavné.

Kapacitní měřič je velmi užitečné testovací zařízení, protože umožňuje uživateli zkontrolovat požadovaný kondenzátor a potvrdit jeho spolehlivost.

Obyčejné nebo standardní digitální měřiče většinou nemají kapacitní měřič kapacity, a proto musí být elektronický nadšenec závislý na nákladných měřičích, aby získal toto zařízení.

Obvod popsaný v následujícím článku vysvětluje pokročilý, ale levný 3místný kapacitní měřič LED, který poskytuje přiměřeně přesné měření pro řadu kondenzátorů, které se běžně používají ve všech současných elektronických obvodech.

Rozsahy kapacity

Navrhovaný design obvodu kapacitního měřiče poskytuje 3místný LED displej a měří hodnoty v pěti rozsazích, jak je uvedeno níže:

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

Výše uvedené rozsahy zahrnují většinu standardních hodnot, avšak konstrukce není schopna určit extrémně nízké hodnoty několika pikofarád nebo vysoce hodnotných elektrolytických kondenzátorů.

Prakticky toto omezení nemusí být příliš znepokojující, protože kondenzátory s extrémně nízkou hodnotou se v dnešních elektronických obvodech používají jen zřídka, zatímco velké kondenzátory lze testovat pomocí několika sériově zapojených kondenzátorů, jak bude podrobně popsáno dále v následující odstavce.

Jak to funguje

Je zabudována výstražná LED dioda proti přetečení, aby se zabránilo nepřesným údajům v případě, že je zvolen nevhodný rozsah. Zařízení je poháněno 9voltovou baterií, a proto je naprosto přenosné.

Obrázek 2 ukazuje schéma zapojení hodinového oscilátoru, nízko Hz oscilátoru, logického řadiče a monostabilních multivibrátorových stupňů obvodu kapacitního LED indikátoru.

Fáze počítadla / budiče a přepadového obvodu jsou zobrazeny na následujícím obrázku výše.

Při pohledu na obrázek 2 je IC5 5voltový regulátor pevného napětí, který poskytuje pěkně regulovaný 5voltový výstup ze 9voltového bateriového zdroje. Celý obvod využívá tento regulovaný 5 voltový výkon pro fungování.

Baterie by měla mít vysoké hodnocení mAh, protože aktuální využití obvodu je poměrně velké, kolem 85 mA. Aktuální spotřeba by mohla překročit 100 mA, kdykoli je pro zobrazení osvětlena většina číslic 3-displeje.

Nízkofrekvenční oscilátor je postaven na IC2a a IC2b, což jsou brány CMOS NOR. Nicméně v tomto konkrétním obvodu jsou tyto integrované obvody připojeny jako základní měniče a aplikovány prostřednictvím normálního astabilního nastavení CMOS.

Všimněte si, že pracovní frekvence oscilátoru je mnohem větší ve srovnání s frekvencí, s níž jsou odečty poskytovány, protože tento oscilátor musí generovat 10 výstupních cyklů, aby bylo možné dokončit jeden cyklus čtení.

IC3 a IC4a jsou konfigurovány jako řídicí logická fáze. IC3, což je dekodér / čítač CMOS 4017, obsahuje 10 výstupů („0“ až „9“). Každý z těchto výstupů jde vysoko, za sebou, pro každý jeden po sobě jdoucí vstupní taktovací cyklus. V tomto konkrétním designu výstup '0' dodává resetovací hodiny do čítačů.

Výstup „1“ se následně zvýší a přepne monostabilní, který produkuje hradlový impuls pro obvod hodin / čítače. Výstupy „2“ až „8“ jsou nepřipojené a časový interval, během kterého se tyto 2 výstupy zvýší, umožňuje trochu času, aby se mohl hradlový puls dokončit a umožnit překročení počtu.

Výstup „9“ dodává logický signál, který blokuje nové čtení na LED displeji, avšak tato logika musí být záporná. Toho je dosaženo pomocí IC4a, který invertuje signál z výstupu 9 tak, že se převádí na vhodný puls.

Monostabilní multivibrátor je standardní verze CMOS využívající několik 2 vstupních bran NOR (IC4b a IC4c). Navzdory tomu, že jde o jednoduchý monostabilní design, nabízí funkce, díky nimž si dokonale zaslouží aktuální aplikaci.

Toto je forma, kterou nelze znovu spustit, a ve výsledku poskytuje výstupní puls, který je menší než spouštěcí pulz generovaný z IC3. Tato funkce je ve skutečnosti kritická, protože při použití retriggerovatelného typu může být nejméně zobrazená hodnota na displeji poměrně vysoká.

Vlastní kapacita navrhovaného designu je velmi minimální, což je zásadní, protože podstatná míra místní kapacity by mohla narušit lineární atribut obvodu, což by mělo za následek obrovsky nejnižší hodnotu displeje.

Během používání bylo možné prototypový displej vidět se čtením „000“ ve všech 5 rozsazích, když mezi testovacími sloty není připojen žádný kondenzátor.

Rezistory R5 až R9 fungují jako rezistory pro výběr rozsahu. Když snížíte odpor časování napříč dekádovými kroky, časovací kapacita potřebná pro konkrétní čtení se zvýší v krocích po desetiletí.

Pokud vezmeme v úvahu, že rozsahové rezistory jsou dimenzovány s tolerancí alespoň 1%, lze od tohoto nastavení očekávat spolehlivé odečty. To znamená, že nemusí být nutné kalibrovat každý rozsah zvlášť.

R1 a S1a jsou připojeny k provozu segmentu desetinné čárky na správném LED displeji, kromě rozsahu 3 (999nF), ve kterém není indikace desetinné čárky nutná. Hodinový oscilátor je ve skutečnosti běžná 555 astabilní konfigurace.

Pot RV1 se používá jako regulátor hodinové frekvence pro kalibraci tohoto LED kapacitního měřiče. Monostabilní výstup se používá k ovládání pinu 4 IC 1 a hodinový oscilátor se aktivuje pouze v době, kdy je k dispozici doba hradla. Tato funkce eliminuje požadavek na nezávislou signální bránu.

Nyní na obrázku 3 zjistíme, že obvod čítače je zapojen pomocí 3 integrovaných obvodů CMOS 4011. Ty ve skutečnosti nejsou z ideální logické rodiny CMOS rozpoznány, přesto se jedná o extrémně flexibilní prvky, které si zaslouží častou spotřebu.

Ve skutečnosti jsou konfigurovány jako čítače nahoru / dolů, které mají jednotlivé hodinové vstupy a výstupy pro přenos / výpůjčku. Jak lze pochopit, potenciál použít v režimu down counter zde nemá smysl, proto je vstup down clock spojen se záporným napájecím vedením.

Tři čítače jsou připojeny postupně, aby bylo možné provádět běžné 3místné zobrazení. Zde je IC9 zapojen pro generování nejméně významné číslice a IC7 umožňuje nejvýznamnější číslici. 4011 obsahuje dekádní čítač, sedmisegmentový dekodér a stupně ovladače západky / displeje.

Každý IC by z tohoto důvodu mohl nahradit typickou 3čipovou možnost čítače / ovladače / západky ve stylu TTL. Výstupy mají dostatek energie pro přímé osvětlení libovolného vhodného sedmisegmentového LED displeje se společnou katodou.

I přes nízkonapěťové napájení 5 voltů se doporučuje projít každý segment LED displeje odporem omezujícím proud, aby spotřeba proudu celé jednotky měřiče kapacity byla udržována pod přijatelnou úrovní.

Výstup „carry“ IC7 se aplikuje na hodinový vstup IC6, tj. Dělení typu D na dva flip / flop. V tomto konkrétním obvodu je však implementována pouze jedna část IC. Výstup IC6 přepne stav pouze v případě přetížení. To znamená, že pokud je přetížení výrazně vysoké, bude to mít za následek mnoho výstupních cyklů z IC7.

Přímé napájení LED indikátoru LED1 přes IC6 by mohlo být docela nevhodné, protože tento výstup může být okamžitý a LED může být schopen generovat jen pár krátkých osvětlení, která by mohla snadno zůstat bez povšimnutí.

Aby se zabránilo této situaci, výstup IC7 se používá k řízení základního bistabilního obvodu nastavení / resetování vytvořeného zapojením dvojice normálně prázdných bran IC2 a následně západka přepne LED indikátor LED1. Dva IC6 a západka jsou resetovány IC3, aby mohl být obvod přetečení zahájen od nuly vždy, když je implementováno nové testovací čtení.

Jak stavět

Konstrukce tohoto 3místného obvodu kapacitního měřiče je pouze o správném sestavení všech částí přes níže uvedené rozložení PCB.

Nezapomeňte, že IC jsou všechny typy CMOS, a proto jsou citlivé na statickou elektřinu z vaší ruky. Abyste předešli poškození statickou elektřinou, doporučujeme použít zásuvky IC. Držte integrované obvody na těle a zatlačte do zásuvek, aniž byste se přitom dotýkali kolíků.

Kalibrace

Než začnete kalibrovat tento dokončený 3místný obvod kapacitního měřiče LED, může být důležité použít kondenzátor s těsnou tolerancí a velikostí, která poskytuje přibližně 50 až 100% rozsahu celého rozsahu měřiče.

Představme si, že v jednotce je zabudován C6, který se používá ke kalibraci měřiče. Nyní upravte zařízení na rozsah # 1 (9,99 nF v plném rozsahu) a vložte přímý odkaz přes SK2 a SK4.

Dále velmi jemně upravte RV1, aby se na displeji zobrazilo příslušné čtení 4,7nF. Jakmile to provedete, můžete najít jednotku zobrazující odpovídající správné hodnoty na celé řadě kondenzátorů.

Nepředpokládejte však, že údaje budou přesně přesné. Samotný 3místný kapacitní měřič je poměrně přesný, i když, jak již bylo zmíněno dříve, bude pro jistotu prakticky doprovázen několika drobnými nesrovnalostmi.

Proč se používají 3 LED displeje

Mnoho kondenzátorů má tendenci mít poměrně velké tolerance, ačkoli několik odrůd může zahrnovat míru přesnosti vyšší než 10%. Prakticky vzato, zavedení 3. číslice displeje LED nemusí být odůvodněné s ohledem na očekávanou přesnost, nicméně je výhodné vzhledem k tomu, že efektivně rozšiřuje nejnižší kapacitu, kterou je zařízení schopno číst po celé desetiletí.

Testování starých kondenzátorů

V případě, že je s tímto zařízením testován starý kondenzátor, je možné vidět, že digitální čtení na displeji postupně roste. To nemusí nutně znamenat vadný kondenzátor, spíše to může být jednoduše důsledkem tepla našich prstů, které způsobí, že hodnota kondenzátoru mírně stoupne. Při vkládání kondenzátoru do slotů SKI a SK2 nezapomeňte držet kondenzátor za jeho tělo, nikoli za vodiče.

Testování nadměrných kondenzátorů vysoké hodnoty

Vysokohodnotné kondenzátory, které nejsou v rozsahu tohoto kapacitního měřiče LED, lze zkoumat připojením vysoce hodnotného kondenzátoru do série s kondenzátorem nižší hodnoty a poté testováním celkové sériové kapacity dvou jednotek.

Řekněme, že chceme prozkoumat kondenzátor, na kterém je vytištěna hodnota 470 µF. Toho lze dosáhnout zapojením do série s 100µF kondenzátorem. Potom bylo možné ověřit hodnotu kondenzátoru 470 µF pomocí následujícího vzorce:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 uF

“v suchém článku je elektrolyt a ”

82,5 µF potvrdí, že 470 µF je v pořádku se svou hodnotou. Ale předpokládejme, že pokud měřič ukazuje nějaké jiné hodnoty, například 80 µF, znamenalo by to, že 470 µF není v pořádku, protože jeho skutečná hodnota by pak byla:

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

Výsledek naznačuje, že zdraví testovaného kondenzátoru 470µF nemusí být velmi dobré

Na obrázku jsou vidět dvě další zásuvky (SK3 a SK4) a kondenzátor C6. Záměrem SK3 je usnadnit vybíjení testovacích prvků dotykem napříč SK1 a SK3, než je připojíte přes SKI a SK2 pro měření.

To platí pouze pro kondenzátory, které mohou mít tendenci ukládat zbytkový náboj, když jsou vyjmuty z obvodu těsně před testováním. Kondenzátory vysoké hodnoty a vysokého napětí jsou ty, které mohou být náchylné k tomuto problému.

Za závažných podmínek však může být nutné kondenzátory před vyjmutím z obvodu jemně vybít přes odvzdušňovací odpor. Důvodem pro zahrnutí SK3 je umožnit vybití testovaného kondenzátoru připojením přes SK1 a SK3 před jejich testováním přes SKI a SK2 pro měření.

C6 je praktický kondenzátor připravený k použití pro účely rychlé kalibrace. V případě, že testovaný kondenzátor vykazuje určité chybné hodnoty, může být nezbytné přepnout na rozsah 1 a umístit propojku přes SK2 na SK4, aby se C6 připojil jako testovací kondenzátor. Dále možná budete chtít zkontrolovat, zda je na displejích uvedena legitimní hodnota 47nF.

Je však třeba pochopit jednu věc: Měřič je sám o sobě poměrně přesný během několika% plus / minus, kromě hodnot kondenzátoru téměř identických s kalibrační hodnotou. Dalším problémem je, že hodnoty kondenzátoru mohou záviset na teplotě a několika externích parametrech. V případě, že čtení kapacity ukazuje mírnou chybu přesahující jeho hodnotu tolerance, znamená to s největší pravděpodobností, že součást je absolutně v pořádku a není vadná.