Questo articolo mostra un diagramma elementare di un misuratore di capacità su un microcircuito logico. Un circuito così classico ed elementare può essere riprodotto rapidamente e facilmente. Pertanto, questo articolo sarà utile per un radioamatore alle prime armi che ha deciso di assemblare un misuratore di capacità del condensatore elementare per se stesso.
Funzionamento del circuito del misuratore di capacità:
Figura №1 - Diagramma del misuratore di capacità Elenco degli elementi del misuratore di capacità:
R1- R4 - 47 KOhm
R5 - 1.1Kohm
C3 - 1500 pF
C4 - 12000 pF
C5 –0,1 μF
C rev. - il condensatore di cui si vuole misurare la capacità
SA1 - interruttore wafer
DA1 - K155LA3 o SN7400
VD1-VD2– KD509 o analogico 1N903A
PA1 - Testina indicatore del puntatore (corrente di deflessione completa 1 mA, resistenza del telaio 240 Ohm)
XS1- XS2 - connettori coccodrillo
Questa versione del misuratore di condensatori ha quattro intervalli, che possono essere selezionati con l'interruttore SA1. Ad esempio, in posizione "1" è possibile misurare condensatori con una capacità di 50 pF, in posizione "2" - fino a 500 pF, in posizione "3" - fino a 5000 pF, in posizione "4" - fino a 0,05 μF.
Gli elementi del microcircuito DA1 forniscono corrente sufficiente per caricare il condensatore misurato (misuratore C). È particolarmente importante per la precisione della misurazione, per selezionare adeguatamente i diodi VD1-VD2, devono avere le stesse caratteristiche (più simili).
Configurazione del circuito del misuratore di capacità:
La configurazione di un circuito del genere è abbastanza semplice, è necessario collegare C rev. con caratteristiche note (con capacità note). Selezionare l'intervallo di misurazione richiesto con l'interruttore SA1 e ruotare la manopola della resistenza di sintonizzazione fino a ottenere la lettura desiderata sulla testa dell'indicatore PA1 (consiglio di calibrarla in base alle letture, questo può essere fatto smontando la testa dell'indicatore e attaccando una nuova scala con nuove iscrizioni)
Quasi due anni fa ho acquistato un misuratore di capacità digitale, ho preso, si potrebbe dire, la prima cosa che ho incontrato. Ero così stanco dell'incapacità del multimetro Mastech MY62 di misurare la capacità di condensatori di oltre 20 microfarad e non misurava correttamente meno di 100 picofarad. Mi sono piaciuti due fattori in SM-7115A:
- Misura l'intera gamma richiesta
- Compattezza e praticità
Pagato 750 rubli. Credevo sinceramente che non valesse i soldi e il prezzo era "gonfiato" a causa della totale mancanza di prodotti competitivi. Il paese di origine è ovviamente la Cina. Avevo paura che "mentisse", più di questo ne ero certo, ma invano.
Il contenitore e i fili ad esso sono stati imballati in polietilene, ciascuno nella propria busta e racchiusi in una scatola di cartone spesso, lo spazio libero è stato riempito di schiuma. La scatola conteneva anche le istruzioni per lingua inglese. dimensioni dispositivo 135 x 72 x 36 mm, peso 180 grammi. Il colore della carrozzeria è nero, il pannello frontale è lilla. Ha un indicatore a cristalli liquidi, nove campi di misura, due posizioni di spegnimento, un regolatore di azzeramento, fili da 15 cm di diversi colori (rosso - nero), con i quali il condensatore misurato è collegato al dispositivo, estremità con clip a coccodrillo, e le prese sulla custodia del dispositivo , per la loro connessione, sono contrassegnati con una designazione del colore della polarità corrispondente, inoltre, la misurazione è possibile senza di loro (il che aumenta la precisione), per i quali ci sono due prese oblunghe, che sono contrassegnate con il simbolo del condensatore da misurare. Viene utilizzata una batteria da 9 volt, c'è una funzione di indicazione automatica della sua scarica. Indicatore a cristalli liquidi a tre cifre +1 cifra decimale, il range di misura dichiarato dal produttore va da 0.1 pF a 20.000 μF, con possibilità di regolazione sul range di misura da 0 a 200 pF, per azzerare, entro +/- 20 pF, il tempo di una misura 2-3 secondi.
Tabella degli errori consentiti nelle misurazioni, individualmente per intervallo. Inserito dal produttore.
La metà posteriore del case ha un supporto integrato. Consente di posizionare il misuratore in modo più compatto sul posto di lavoro e cambia in meglio la visualizzazione del display a cristalli liquidi.
Il vano batteria è completamente autonomo; per sostituire la batteria è sufficiente far scorrere il suo coperchio di lato. Convenienza dalla categoria di poco appariscente quando lo è.
Per rimuovere la cover posteriore del case, è sufficiente svitare una vite autofilettante. Componente più massiccio scheda a circuito stampato - Fusibile da 500 mA.
La base del lavoro strumento di misura si applica il metodo della doppia integrazione. Si monta su contatori logici HEF4518BT - 2 pz, chiave HEF4066BT, contatore decimale con decodificatore HCF4017 e transistor smd: J6 - 4 pz, M6 - 2 pz.
Svitando altre sei viti, è possibile vedere l'altro lato del PCB. La resistenza variabile, con la quale si imposta lo "0", sta in modo da poter essere facilmente sostituita se necessario. A sinistra ci sono i contatti per il collegamento del condensatore misurato, quelli sopra sono per connessione diretta (senza fili).
Il dispositivo non viene impostato immediatamente sul punto di riferimento zero, ma mantiene la lettura impostata. Con i fili scollegati, questo è molto più semplice.
Per dimostrare chiaramente la differenza nella precisione della misurazione con diversi modi le misurazioni (con e senza fili) hanno preso piccoli condensatori con una marcatura di fabbrica - 8,2 pF
Revisione video del dispositivo
Senza fili Con fili
N. 1 8 pF 7,3 pF
N. 2 7,6 pF 8,3 pF
N. 3 8,1 pF 9,3 pF
Tutto è chiaro, inequivocabilmente senza fili, le misurazioni saranno più accurate, sebbene la discrepanza sia quasi entro 1 pF. Ho anche misurato ripetutamente i condensatori sulle schede: le letture per misurare quelli funzionanti sono abbastanza adeguate in base al valore nominale indicato su di esse. Se non per essere un pignolo molto grande, allora è abbastanza possibile dire che il fattore Q del dispositivo è piuttosto alto.
Svantaggi del dispositivo
- l'azzeramento non viene eseguito immediatamente,
- petali di contatto, per misure senza fili, non c'è elasticità, dopo lo sbloccaggio non tornano nella posizione originale,
- lo strumento non è dotato di un contenitore di calibrazione.
conclusioni
In generale, sono soddisfatto del dispositivo. Misura bene, è compatto (sta facilmente in tasca), quindi prendo quello che mi serve dal mercato radiofonico, non quello che danno. Ho in programma, come sarà il tempo, di finalizzare: sostituire il potenziometro e i contatti di misura diretti. Il suo schema, o qualcosa di simile, può essere trovato nella sezione. Ti ho detto "tutto com'è" e decidi già da solo se vale la pena rifornire il tuo laboratorio domestico con un dispositivo del genere. Autore - Babay.
In questo articolo daremo il massimo istruzioni complete, che ti consentirà di realizzare un misuratore di capacità del condensatore con le tue mani, senza l'aiuto di artigiani qualificati.
Sfortunatamente, l'attrezzatura spesso si guasta. Il motivo è molto spesso uno: l'aspetto di un condensatore elettrolitico. Tutti i radioamatori hanno familiarità con il cosiddetto "asciugamento", che appare a causa di una violazione della tenuta della custodia del dispositivo. La reattanza aumenta a causa di una diminuzione della capacità nominale.
Inoltre, durante il funzionamento, iniziano a verificarsi reazioni elettrochimiche, che distruggono le articolazioni dei terminali. Di conseguenza, i contatti si rompono, formando una resistenza di contatto, che viene calcolata, a volte in decine di Ohm. Lo stesso accadrà quando un resistore è collegato al condensatore funzionante. La presenza di questa stessa resistenza in serie influenzerà negativamente il funzionamento del dispositivo elettronico, l'intero funzionamento dei condensatori sarà distorto nel circuito.
A causa della più forte influenza della resistenza nell'intervallo da tre a cinque ohm, diventano inutilizzabili sorgenti di impulso alimentazione, perché i costosi transistor, così come i microcircuiti, si bruciano al loro interno. Se le parti sono state controllate durante l'assemblaggio del dispositivo e non sono stati commessi errori durante l'installazione, non ci saranno problemi con la sua regolazione.
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Schema, principio di funzionamento, dispositivo
Questo circuito viene utilizzato con un amplificatore operazionale. Il dispositivo che realizzeremo con le nostre mani ci consentirà di misurare la capacità dei condensatori nell'intervallo da una coppia di picofarad a un microfarad.
Affrontiamo il diagramma dato:
- Subrange... L'unità ha 6 “sottorange”, i loro limiti massimi sono 10, 100; 1000 pF, nonché 0,01, 0,1 e 1 microfarad. La capacità viene contata lungo la griglia di misurazione del microamperometro.
- Appuntamento... La base del dispositivo sta misurando la corrente alternata, passa attraverso il condensatore, che deve essere esaminato.
- L'amplificatore DA 1 contiene un generatore di impulsi. Le oscillazioni della loro ripetizione sono soggette alla capacità C 1 - C 6 dei condensatori, nonché alla posizione dell'interruttore a levetta del resistore "trimming" R 5. La frequenza sarà variabile da 100 Hz a 200 kHz. Per il trimmer R 1, determiniamo un modello di oscillazione commisurato all'uscita del generatore.
- I diodi indicati nel diagramma, come D 3 e D 6, resistenze (regolate) R 7-R 11, un microamperometro RA 1, costituiscono il misuratore AC stesso. All'interno del microamperometro, la resistenza non deve essere superiore a 3 kΩ, in modo che l'errore di misurazione non superi il dieci percento nell'intervallo fino a 10 pF.
- Le resistenze di trim R 7 - R 11 sono collegate ad altri sotto-range in parallelo a P A 1. Il sotto-range di misura richiesto viene impostato usando l'interruttore a levetta S A 1. Una categoria di contatti commuta i condensatori (impostazione frequenza) C 1 e C 6 nel generatore, la seconda commuta i resistori nell'indicatore.
- Affinché il dispositivo riceva energia, necessita di una sorgente stabilizzata a 2 poli (tensione da 8 a 15 V). Un condensatore di impostazione della frequenza può avere una differenza del 20% nei valori nominali, ma essi stessi devono avere un'elevata stabilità, tempo e temperatura.
Certo, per una persona comune che non è esperta di fisica, tutto ciò può sembrare complicato, ma devi capire che per realizzare un condensatore con le tue mani, devi avere determinate conoscenze e abilità. Successivamente, parliamo di come configurare il dispositivo.
Configurazione del dispositivo di misurazione
Per effettuare la regolazione corretta, seguire le istruzioni:
- In primo luogo, la simmetria delle oscillazioni si ottiene utilizzando il resistore R 1. Il "cursore" sul resistore R 5 si trova nel mezzo.
- Il prossimo passo sarà collegare un condensatore di riferimento da 10 pF ai terminali contrassegnati con cx. Utilizzando il resistore R 5, la freccia del microamperometro viene spostata sulla scala corrispondente della capacità del condensatore di riferimento.
- Successivamente, viene controllata la forma d'onda all'uscita del generatore. La calibrazione viene eseguita su tutte le sottobande, qui vengono utilizzati i resistori R 7 e R 11.
Il meccanismo del dispositivo può essere diverso. I parametri dimensionali dipendono dal tipo di microamperometro. Non ci sono particolarità quando si lavora con il dispositivo.
Creazione di diversi modelli di contatori
Modello della serie AVR
Tale contatore può essere realizzato sulla base di un transistor variabile. Ecco le istruzioni:
- Selezioniamo un contattore;
- Misuriamo la tensione di uscita;
- la resistenza negativa nel misuratore di capacità non è superiore a 45 ohm;
- Se la conducibilità è di 40 micron, il sovraccarico sarà di 4 Ampere;
- Per migliorare l'accuratezza della misurazione, è necessario utilizzare i comparatori;
- C'è anche un'opinione secondo cui è meglio usare solo filtri aperti, poiché non hanno paura del rumore impulsivo in caso di carico di lavoro pesante;
- Si consiglia inoltre di utilizzare stabilizzatori a palo, ma solo i comparatori di rete non sono adatti per modificare il dispositivo;
Prima di accendere il misuratore di condensatori, è necessario misurare la resistenza, che dovrebbe essere di circa 40 ohm per dispositivi ben fatti. Ma la cifra può differire, a seconda della frequenza di modifica.
Per ulteriori informazioni su come realizzare un misuratore di capacità del condensatore con le proprie mani, vedere il video qui sotto.
Istruzioni video
Misuratore ESR fai-da-te... Esiste un'ampia gamma di guasti alle apparecchiature, la cui causa è precisamente elettrolitica. Il principale fattore di malfunzionamento dei condensatori elettrolitici è l '"asciugatura" familiare a tutti i radioamatori, che si verifica a causa della scarsa sigillatura della custodia. In questo caso, la sua capacità o, in altre parole, la reattanza aumenta a seguito di una diminuzione della sua capacità nominale.
Inoltre, durante il funzionamento, avvengono reazioni elettrochimiche che corrodono i punti di connessione dei conduttori con le piastre. Il contatto si deteriora, di conseguenza si forma una "resistenza di contatto", che talvolta raggiunge diverse decine di Ohm. Questo è esattamente lo stesso se un resistore è collegato in serie a un condensatore funzionante e inoltre questo resistore si trova al suo interno. Tale resistenza è anche chiamata "resistenza in serie equivalente" o ESR.
L'esistenza della resistenza in serie influisce negativamente sulle prestazioni dispositivi elettronici, distorcendo il funzionamento dei condensatori nel circuito. L'aumento dell'ESR (circa 3 ... 5 Ohm) ha un effetto estremamente forte sulle prestazioni, portando alla combustione di costosi microcircuiti e transistor.
La tabella seguente mostra i valori ESR medi (in milliohm) per nuovi condensatori di diverse capacità, a seconda della tensione per cui sono progettati.
Non è un segreto che la reattanza diminuisca con l'aumentare della frequenza. Ad esempio, a una frequenza di 100 kHz e una capacità di 10 μF, il componente capacitivo non sarà superiore a 0,2 ohm. Misurare la caduta tensione alternata avendo una frequenza di 100 kHz e superiore, si può presumere che con un errore nella regione del 10 ... 20%, il risultato della misurazione sarà la resistenza attiva del condensatore. Pertanto, non è affatto difficile da montare.
Descrizione del misuratore ESR per condensatori
Un generatore di impulsi con una frequenza di 120 kHz è montato sulle porte logiche DD1.1 e DD1.2. La frequenza dell'oscillatore è determinata dal circuito RC sugli elementi R1 e C1.
Per accordo introdotto l'elemento DD1.3. Per aumentare la potenza degli impulsi dal generatore, gli elementi DD1.4… DD1.6 vengono introdotti nel circuito. Quindi il segnale passa attraverso un partitore di tensione tra i resistori R2 e R3 e va al condensatore Cx studiato. L'unità di misura della tensione CA contiene i diodi VD1 e VD2 e un multimetro, come un voltmetro, ad esempio M838. Il multimetro deve essere impostato sulla modalità di misurazione della tensione CC. Il misuratore ESR viene regolato modificando il valore di R2.
Chip DD1 - K561LN2 può essere cambiato in K1561LN2. I diodi VD1 e VD2 sono al germanio, è possibile utilizzare D9, GD507, D18.
Si trovano parti radio del misuratore ESR, che possono essere realizzate a mano. Strutturalmente, il dispositivo è realizzato in un alloggiamento con una batteria. La sonda X1 è realizzata sotto forma di punteruolo ed è fissata al corpo del dispositivo, la sonda X2 è un filo di lunghezza non superiore a 10 cm all'estremità del quale è presente un ago. I condensatori possono essere controllati direttamente sulla scheda, non hanno bisogno di essere saldati, il che facilita notevolmente la ricerca di un condensatore difettoso durante la riparazione.
Configurazione del dispositivo
1, 5, 10, 15, 25, 30, 40, 60, 70 e 80 ohm.
È necessario collegare una resistenza da 1 Ohm alle sonde X1 e X2 e ruotare R2 per ottenere 1mV sul multimetro. Quindi, invece di 1 Ohm, collega il resistore successivo (5 Ohm) e senza cambiare R2, registra la lettura del multimetro. Fai lo stesso con le resistenze rimanenti. Di conseguenza, ottieni una tabella di valori da cui puoi determinare la reattanza.
Con questo misuratore di capacità, puoi misurare facilmente qualsiasi capacità da unità pF a centinaia di microfarad. Esistono diversi metodi per misurare la capacità. Questo progetto utilizza un metodo di integrazione.
Il vantaggio principale dell'utilizzo di questo metodo è che la misurazione si basa sulla misurazione del tempo, che può essere eseguita in modo abbastanza accurato sull'MC. Questo metodo è molto adatto per un misuratore di capacità fatto in casa, inoltre è facile da implementare su un microcontrollore.
Il principio di funzionamento del misuratore di capacità
I fenomeni che si verificano quando lo stato del circuito cambia sono chiamati transitori. Questo è uno dei concetti fondamentali dei circuiti digitali. Quando l'interruttore nella Figura 1 è aperto, il condensatore viene caricato attraverso R e la tensione ai suoi capi cambia come mostrato nella Figura 1b. Il rapporto che determina la tensione ai capi del condensatore ha la forma:
I valori sono espressi in unità SI, t secondi, R ohm, C farad. Il tempo impiegato dalla tensione ai capi del condensatore per raggiungere il valore V C1 è approssimato dalla seguente formula:
Da questa formula deriva che il tempo t1 è proporzionale alla capacità del condensatore. Pertanto, la capacità può essere calcolata dal tempo di ricarica del condensatore.
schema
Per misurare il tempo di ricarica, un comparatore e un timer del microcontrollore e un microcircuito logica digitale... È abbastanza ragionevole utilizzare il microcontrollore AT90S2313 (analogico moderno - ATtiny2313). L'uscita del comparatore viene utilizzata come flip-flop T C1. La tensione di soglia è impostata con un divisore di resistenza. Il tempo di ricarica è indipendente dalla tensione di alimentazione. Il tempo di ricarica è determinato dalla formula 2, quindi non dipende dalla tensione di alimentazione da allora il rapporto nella formula VC 1 / E è determinato solo dal fattore divisore. Ovviamente la tensione di alimentazione deve essere costante durante la misura.La formula 2 esprime il tempo di carica di un condensatore da 0 volt. Tuttavia, è difficile lavorare con una tensione prossima allo zero per i seguenti motivi:
- La tensione non scende a 0 Volt. Per scarico completo il condensatore richiede tempo. Ciò aumenterà i tempi e le misurazioni.
- Ci vuole tempo tra l'inizio caricare e avviare il timer. Ciò causerà un errore di misurazione. Questo non è fondamentale per AVR. ci vuole solo una misura.
- Corrente di dispersione all'ingresso analogico. Secondo la scheda tecnica dell'AVR, la corrente di dispersione aumenta quando la tensione di ingresso è prossima a zero volt.
Per prevenire queste complicazioni, vengono utilizzate due tensioni di soglia VC 1 (0,17 Vcc) e VC 2 (0,5 Vcc). La superficie del PCB deve essere mantenuta pulita per ridurre al minimo le correnti di dispersione. La tensione di alimentazione richiesta del microcontrollore è fornita da un convertitore DC-DC alimentato da una batteria da 1,5 VAA. Invece di un convertitore DC-DC, si consiglia di utilizzare 9 V batteria e convertitore 78 L05, preferibilmenteanchenon spegnereBODaltrimenti potrebbero esserci problemi con EEPROM.
Calibrazione
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Per calibrare la gamma bassa: Utilizzando il pulsante SW1. Quindi, collegare il pin # 1 e il pin # 3 sul connettore P1, inserire un condensatore da 1nF e premere SW1.
Per calibrare la gamma alta: Short pin # 4 e # 6 di P1, inserire un condensatore da 100nF e premere SW1.
"E4" quando acceso significa che non è stato trovato alcun valore di calibrazione nella EEPROM.
Utilizzando
Rilevamento automatico della portata
La ricarica inizia tramite un resistore da 3,3 M. Se la tensione ai capi del condensatore non raggiunge 0,5 Vcc in meno di 130 mS (\u003e 57 nF), il condensatore viene scaricato e ricaricato, ma tramite una resistenza da 3,3 kΩ. Se la tensione ai capi del condensatore non raggiunge 0,5 Vcc in 1 secondo (\u003e 440µF), compare la scritta "E2". Quando il tempo viene misurato, la capacità viene calcolata e visualizzata. L'ultimo segmento mostra il campo di misura (pF, nF, µF).
Morsetto
Una parte di una presa può essere utilizzata come morsetto. Quando si misurano piccole capacità (unità picofarad), l'uso di cavi lunghi è indesiderabile.
