Circuito misuratore di capacità LED a 3 cifre

Questo progetto è ancora un'altra apparecchiatura di prova che può essere estremamente utile per qualsiasi hobbista elettronico e la costruzione di questa unità può essere molto divertente.

Un misuratore di capacità è un'apparecchiatura di prova molto utile in quanto consente all'utente di controllare un condensatore desiderato e confermarne l'affidabilità.

I misuratori digitali ordinari o standard per lo più non dispongono di un misuratore di capacità, e quindi un appassionato di elettronica deve dipendere da misuratori costosi per ottenere questa struttura.

Il circuito discusso nel seguente articolo, spiega un misuratore di capacità LED a 3 cifre avanzato ma economico, che fornisce una misura ragionevolmente accurata per una gamma di condensatori che sono comunemente usati in tutti i circuiti elettronici contemporanei.

Intervalli di capacità

Il progetto del circuito del misuratore di capacità proposto fornisce un display LED a 3 cifre e misura i valori con cinque intervalli, come indicato di seguito:

Intervallo # 1 = da 0 a 9,99 nF
Intervallo # 2 = da 0 a 99,9 nF
Intervallo # 3 = da 0 a 999nF
Intervallo # 4 = da 0 a 9,99 µF
Intervallo # 5 = da 0 a 99,99 µF

Gli intervalli di cui sopra includono la maggior parte dei valori standard, tuttavia il progetto non è in grado di determinare valori estremamente bassi di pochi picofarad o condensatori elettrolitici di valore elevato.

Praticamente questa limitazione potrebbe non essere troppo preoccupante poiché i condensatori di valore estremamente basso sono usati raramente nei circuiti elettronici odierni, mentre i condensatori di grandi dimensioni potrebbero essere testati utilizzando un paio di condensatori collegati in serie, come verrà descritto in dettaglio più avanti in i seguenti paragrafi.

Come funziona

Un LED di avviso di overflow è incorporato per evitare letture imprecise nel caso in cui venga scelto un intervallo inappropriato. Il dispositivo è alimentato da una batteria da 9 volt, quindi è assolutamente portatile.

La Figura 2 mostra lo schema del circuito per l'oscillatore di clock, un oscillatore a bassa frequenza, un controller logico e gli stadi multivibratore monostabili del circuito del misuratore di capacità a LED.

Gli stadi del contatore / driver e del circuito di overflow sono mostrati nella successiva figura sopra.

Guardando la Figura 2, IC5 è un regolatore di tensione fissa a 5 volt che fornisce un'uscita di 5 volt ben regolata dalla sorgente della batteria da 9 volt. L'intero circuito utilizza questa potenza regolata a 5 volt per il funzionamento.

La batteria dovrebbe avere un valore mAh elevato poiché l'uso corrente del circuito è abbastanza grande a circa 85 mA. Il consumo di corrente potrebbe superare i 100 mA ogni volta che la maggior parte delle cifre del display a 3 sono illuminate per la visualizzazione.

L'oscillatore a bassa frequenza è costruito attorno a IC2a ​​e IC2b che sono porte CMOS NOR. Tuttavia, in questo particolare circuito questi circuiti integrati sono collegati come inverter di base e applicati attraverso la normale configurazione astabile CMOS.

Si osservi che la frequenza di lavoro dello stadio oscillatore è molto maggiore rispetto alla frequenza con cui vengono fornite le letture, perché questo oscillatore deve generare 10 cicli di uscita per consentire il completamento di un singolo ciclo di lettura.

IC3 e IC4a sono configurati come lo stadio della logica di controllo. IC3, che è un decodificatore / contatore CMOS 4017, include 10 uscite (da '0' a '9'). Ciascuna di queste uscite aumenta, in successione, per ogni singolo ciclo di clock di ingresso consecutivo. In questo particolare progetto l'uscita '0' fornisce il clock di ripristino ai contatori.

L'uscita '1' diventa successivamente alta e commuta il monostabile che produce l'impulso di gate per il circuito clock / counter. Le uscite da '2' a '8' sono scollegate e l'intervallo di tempo durante il quale queste 2 uscite diventano alte abilita un po 'di tempo in modo che l'impulso di gate possa completare e consentire la fine del conteggio.

L'uscita '9' fornisce il segnale logico che blocca la nuova lettura sul display LED, tuttavia questa logica deve essere negativa. Ciò si ottiene con IC4a che inverte il segnale dall'uscita 9 in modo che si traduca in un impulso appropriato.

Il multivibratore monostabile è una versione CMOS standard che utilizza una coppia di porte NOR a 2 ingressi (IC4b e IC4c). Nonostante sia un design semplice e monostabile, offre caratteristiche che lo rendono perfettamente degno dell'applicazione corrente.

Questa è una forma non riattivabile e, di conseguenza, fornisce un impulso di uscita inferiore all'impulso di trigger generato da IC3. Questa funzione è effettivamente critica, perché quando viene utilizzato un tipo riattivabile la lettura minima del display potrebbe essere abbastanza alta.

L'autocapacità del progetto proposto è piuttosto minima, il che è essenziale poiché un grado sostanziale di capacità locale potrebbe disturbare l'attributo lineare del circuito, determinando un'enorme lettura del display più bassa.

Durante l'utilizzo, il display del prototipo potrebbe essere visto con la lettura di '000' su tutti e 5 gli intervalli quando non è collegato alcun condensatore tra gli slot di test.

I resistori da R5 a R9 funzionano come resistori per la selezione della portata. Quando si diminuisce la resistenza di temporizzazione in incrementi di decadi, la capacità di temporizzazione richiesta per una particolare lettura viene aumentata con incrementi di decadi.

Se consideriamo che i resistori di portata sono classificati con una tolleranza di almeno l'1%, ci si può aspettare che questa configurazione fornisca letture affidabili. Ciò significa che potrebbe non essere necessario calibrare separatamente ciascun intervallo.

R1 e S1a sono cablati per eseguire il segmento del punto decimale sul display LED corretto, ad eccezione dell'intervallo 3 (999nF) in cui non è necessaria l'indicazione del punto decimale. L'oscillatore del clock è in realtà una configurazione astabile 555 comune.

Pot RV1 viene utilizzato come controller della frequenza di clock, per calibrare questo misuratore di capacità a LED. L'uscita monostabile viene utilizzata per controllare il pin 4 di IC 1 e l'oscillatore di clock verrà attivato solo mentre è disponibile il periodo di gate. Questa funzione elimina la richiesta di un gate di segnale indipendente.

Ora controllando la Figura 3, troviamo che il circuito del contatore è cablato utilizzando 3 CI CMOS 4011. Questi in realtà non sono riconosciuti dalla famiglia logica CMOS ideale, tuttavia si tratta di elementi estremamente flessibili e degni di un consumo frequente.

Questi sono effettivamente configurati come contatori avanti / indietro con ingressi di clock individuali e uscite di carry / prestito. Come si può capire, il potenziale da utilizzare nella modalità contatore decrementale non ha senso qui, l'ingresso del down clock è quindi agganciato alla linea di alimentazione negativa.

I tre contatori sono collegati in sequenza per consentire una visualizzazione convenzionale a 3 cifre. Qui, IC9 è cablato per generare la cifra meno significativa e IC7 abilita la cifra più significativa. Il 4011 include un contatore di decadi, un decodificatore a sette segmenti e fasi del driver di blocco / visualizzazione.

Ogni singolo IC potrebbe per questo motivo sostituire una tipica opzione contatore / driver / latch stile TTL a 3 chip. Le uscite hanno una potenza sufficiente per illuminare direttamente qualsiasi display LED a sette segmenti a catodo comune appropriato.

Nonostante un'alimentazione a bassa tensione di 5 volt, si consiglia di pilotare ogni singolo segmento del display a LED attraverso un resistore limitatore di corrente in modo che il consumo di corrente dell'intero misuratore di capacità possa essere mantenuto al di sotto di un livello accettabile.

L'uscita 'carry' dell'IC7 viene applicata all'ingresso del clock dell'IC6, che è un doppio tipo di divisione D per due flip / flop. Tuttavia in questo particolare circuito è implementata solo una parte dell'IC. L'uscita IC6 cambierà stato solo in caso di sovraccarico. Ciò implica che se il sovraccarico è significativamente alto si tradurrà in molti cicli di uscita da IC7.

Alimentare direttamente l'indicatore LED da LED1 a IC6 potrebbe essere abbastanza inappropriato, perché questa uscita può essere momentanea e il LED potrebbe essere in grado di generare solo un paio di brevi illuminazioni che potrebbero passare facilmente inosservate.

Per evitare questa situazione l'uscita IC7 viene utilizzata per pilotare un circuito bistabile di set / reset di base creato cablando una coppia di gate normalmente vuoti di IC2, e successivamente il latch commuta l'indicatore LED LED1. I due IC6 e il latch vengono ripristinati da IC3 in modo che il circuito di overflow inizi da zero ogni volta che viene implementata una nuova lettura di prova.

Come costruire

La costruzione di questo circuito del misuratore di capacità a 3 cifre consiste nell'assemblare correttamente tutte le parti sul layout PCB indicato di seguito.

Ricorda che gli IC sono tutti tipi CMOS e quindi sensibili all'elettricità statica dalla tua mano. Per evitare danni causati dall'elettricità statica, si consiglia l'uso di prese IC. Tenere i circuiti integrati sul corpo e spingere negli zoccoli, senza toccare i pin durante il processo.

Calibrazione

Prima di iniziare a calibrare questo circuito del misuratore di capacità LED a 3 cifre finalizzato, potrebbe essere importante utilizzare un condensatore con una tolleranza stretta e una grandezza che fornisca circa dal 50 al 100% dell'intervallo di fondo scala del misuratore.

Immaginiamo che C6 sia stato incorporato nell'unità e venga applicato per calibrare lo strumento. Ora, regola il dispositivo sull'intervallo n. 1 (fondo scala 9,99 nF) e inserisci un collegamento diretto tra SK2 e SK4.

Quindi, regolare molto delicatamente RV1 per visualizzare la lettura appropriata di 4,7 nF sul display. Una volta fatto questo, potresti trovare l'unità che mostra le letture corrispondentemente corrette su una gamma di condensatori.

Tuttavia, non aspettarti che le letture siano esattamente accurate. Il misuratore di capacità a 3 cifre da solo è abbastanza preciso, anche se, come discusso in precedenza, sarà praticamente accompagnato da alcune discrepanze minori.

Perché vengono utilizzati 3 display a LED

Molti condensatori tendono ad avere tolleranze piuttosto ampie, sebbene una manciata di varietà potrebbe includere un tasso di precisione superiore al 10%. In pratica, l'introduzione della 3a cifra del display a LED potrebbe non essere giustificata rispetto alla precisione attesa, tuttavia è vantaggiosa in quanto espande efficacemente la capacità più bassa che il dispositivo è in grado di leggere per un decennio completo.

Testare vecchi condensatori

Nel caso in cui un vecchio condensatore venga testato con questa apparecchiatura, è possibile che la lettura digitale sul display stia gradualmente aumentando. Questo potrebbe non significare necessariamente un condensatore difettoso, piuttosto potrebbe essere semplicemente il risultato del calore delle nostre dita che fa aumentare marginalmente il valore del condensatore. Mentre si inserisce un condensatore negli slot SKI e SK2, assicurarsi di tenere il condensatore dal suo corpo e non dai cavi.

Test di condensatori ad alto valore fuori scala

I condensatori di alto valore che non rientrano nell'intervallo di questo misuratore di capacità a LED, potrebbero essere esaminati collegando il condensatore di alto valore in serie con un condensatore di valore inferiore e quindi testando la capacità in serie totale delle due unità.

Supponiamo di voler esaminare un condensatore con un valore di 470 µF stampato su di esso. Questo può essere implementato collegandolo in serie con un condensatore da 100µF. Quindi il valore del condensatore 470 µF potrebbe essere verificato utilizzando la seguente formula:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 µF

82,5 µF confermerà che 470 µF va bene con il suo valore. Ma supponiamo, se lo strumento mostra qualche altra lettura come 80 µF, ciò significherebbe che 470 µF non è OK, poiché il suo valore effettivo allora sarebbe:

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

Il risultato indica che lo stato di salute del condensatore da 470µF testato potrebbe non essere molto buono

Le due prese aggiuntive (SK3 e SK4) e il condensatore C6 sono visibili nello schema. L'intenzione di SK3 è di semplificare lo scarico degli elementi di prova toccando SK1 e SK3 prima di inserirli su SKI e SK2 per la misurazione.

Questo è applicabile solo a quei condensatori che possono avere la tendenza a immagazzinare una certa carica residua quando vengono rimossi da un circuito appena prima del test. I condensatori ad alto valore e ad alta tensione sono quelli che potrebbero essere soggetti a questo problema.

Tuttavia, in condizioni gravi, potrebbe essere necessario scaricare delicatamente i condensatori tramite un resistore di spurgo prima di estrarli da un circuito. Il motivo per includere SK3 è consentire la scarica del condensatore in prova collegandosi tra SK1 e SK3 prima di testarli attraverso SKI e SK2 per la misurazione.

C6 è un pratico condensatore di campionamento pronto all'uso per una rapida calibrazione. Nel caso in cui un condensatore in prova mostri una lettura errata, potrebbe essere essenziale passare alla gamma 1 e mettere un ponticello tra SK2 e SK4 in modo che C6 venga collegato come condensatore di prova. Successivamente, potresti voler controllare assicurandoti che un valore legittimo di 47nF sia indicato sui display.

Tuttavia, c'è una cosa che deve essere compresa: il misuratore di per sé è abbastanza preciso entro pochi% più / meno, a parte i valori del condensatore quasi identici al valore di calibrazione. Un ulteriore problema è che le letture del condensatore possono dipendere dalla temperatura e da alcuni parametri esterni. Nel caso in cui una lettura di capacità mostri un leggero errore in eccesso rispetto al suo valore di tolleranza, ciò indica molto probabilmente che la parte è assolutamente OK e non è assolutamente difettosa.

Elenco delle parti