2 enkla kapacitansmätarkretsar förklarade - använder IC 555 och IC 74121

I det här inlägget kommer vi att prata om ett par enkla men mycket praktiska små kretsar i form av frekvensmätare och kapacitansmätare med den allestädes närvarande IC 555.

Hur kondensatorer fungerar

Kondensatorer är en av de viktigaste elektroniska komponenterna som faller under den passiva komponentfamiljen.

Dessa används i stor utsträckning i elektroniska kretsar och praktiskt taget ingen krets kan byggas utan att dessa viktiga delar involveras.

En kondensatorns grundläggande funktion är att blockera likström och passera växelström eller med enkla ord kommer någon spänning som pulserar till sin natur att tillåta att passera genom en kondensator och alla spänningar som inte är polariserade eller i form av likström blockeras av kondensator genom laddningsprocessen.

En annan viktig funktion hos kondensatorer är att lagra elektricitet genom laddning och leverera den tillbaka till en ansluten krets genom urladdningsprocessen.

Ovanstående två huvudfunktionerna hos kondensatorer används för att implementera en rad viktiga operationer i elektroniska kretsar som gör det möjligt att få utgångar enligt de önskade specifikationerna för designen.

Men till skillnad från motstånd, kondensatorer är svåra att mäta med vanliga metoder.

Till exempel kan en vanlig multitester ha många mätfunktioner inkluderade som en OHM-mätare, voltmeter, amperemätare, diodtestare, hFE-testare etc. men kanske bara inte har den illusiva kapacitansmätningsfunktion .

Funktionen hos en kapacitansmätare eller en induktansmätare är endast tillgänglig i avancerade multimetermetoder som definitivt inte är billiga och inte alla nya hobbyister kan vara intresserade av att skaffa en.

Kretsen som diskuteras här tacklar mycket effektivt dessa problem och visar hur man bygger en enkel billig kapacitanssumma frekvensmätare som kan byggas hemma av alla elektroniska nybörjare och användas för den avsedda användbara applikationen.

Kretsschema

Hur frekvens fungerar för att upptäcka kapacitans

Med hänvisning till figuren utgör IC 555 hjärtat i hela konfigurationen.

Detta mångsidiga chip för arbetshäst är konfigurerat i sitt mest standardläge som är det monostabila multivibratorläget.
Varje positiv topp av pulsen som appliceras vid ingången som är stift nr 2 på IC skapar en stabil utsignal med någon förutbestämd fast period inställd av den förinställda P1.

Men för varje fall i pulsens topp återställs den monostabila och autoutlösaren med nästa ankommande topp.

Detta genererar ett slags medelvärde vid IC-utgången för vilket är direkt proportionellt mot frekvensen hos den applicerade klockan.

Med andra ord integrerar utgången från IC 555, som består av några motstånd och kondensatorer, pulserien för att ge ett stabilt medelvärde direkt proportionellt med den applicerade frekvensen.

Medelvärdet kan enkelt läsas eller visas över en rörlig spolmätare ansluten över de visade punkterna.

Så ovanstående avläsning ger en direkt avläsning av frekvensen, så vi har en snygg frekvensmätare till vårt förfogande.

Använd frekvens för att mäta kapacitans

Nu när vi tittar på nästa bild nedan kan vi tydligt se att genom att lägga till en extern frekvensgenerator (IC 555 astabel) till föregående krets blir det möjligt att få mätaren att tolka värdena på en kondensator över de angivna punkterna, eftersom denna kondensator direkt påverkar eller är proportionell mot frekvensen för klockkretsen.

Därför kommer nätfrekvensvärdet som nu visas vid utgången att motsvara värdet på kondensatorn ansluten över de ovan diskuterade punkterna.

Det betyder att vi nu har en två i en krets som kan mäta kapacitans såväl som frekvens, med bara ett par IC: er och några avslappnade elektroniska delar. Med små modifieringar kan kretsen enkelt användas som varvräknare eller som varvtalsräknare.

Dellista

• R1 = 4K7
• R3 = KAN VARIERA 100K POT
• R4 = 3K3,
• R5 = 10K,
• R6 = 1K,
• R7 1K,
• R8 = 10K,
• R9, R10 = 100K,
• C1 = 1uF / 25V,
• C2, C3, C6 = 100n,
• C4 = 33uF / 25V,
• T1 = BC547
• IC1, IC2 = 555,
• M1 = 1V FSD-mätare,
• D1, D2 = 1N4148

Kapacitansmätare med hjälp av IC 74121

Denna enkla kapacitansmätarkrets ger 14 linjärt kalibrerade kapacitansmätområden, från 5 pF till 15 uF FSD. S1 används som en områdesomkopplare och arbetar i samarbete med S4 (s1 / x10) och S3 (x l) eller S2 (x3). IC 7413 fungerar som en astabel oscillator, tillsammans med R1 och C1 till C6 som fungerar som de frekvensbestämmande elementen.

Detta steg aktiverar IC 74121 (en monostabil multivibrator) så att den genererar en asymmetrisk fyrkantvåg med en återkommande frekvens, vilket värde bestäms av delarna R1 och C1 till C6 och med en arbetscykel enligt R2 (eller R3) och Cx .

Det typiska värdet på denna kvadratiska vågspänning ändras linjärt när arbetscykeln ändras, vilket i sin tur modifieras linjärt baserat på värdet på Cs, värdet på R2 / R3 (s10 / x I) och frekvensen (fastställd av S1-omkopplarposition).

Den slutliga områdesväljaren S3j ..- xl) och 52 (x3) sätter i princip ett motstånd i serie med mätaren. Konfigurationen runt stiften 10 och stift 11 på IC 74121 och för Cx måste vara så kort och styv som möjligt, för att säkerställa att kapacitansen här är minimal och utan fluktuationer. P5 och P4 används för oberoende nollkalibrering för intervaller med låg kapacitet. För alla högre intervall räcker det med kalibrering med oreset P3. F.s.d. kalibreringen är ganska enkel.

Löd inte initialt C6 i kretsen, utan fäst den över terminalerna märkta Cx för den okända kondensatorn. Sätt S1 i läge 3, S4 i läge x1 och S2 stängt (s3) detta ställs in för intervallen 1500 pF f.s.d. Nu blir C6 redo att användas som ett kalibreringsvärde. Därefter justeras potten P1 tills mätaren avkodar 2/3 av f.s.d. Sedan kan S4 flyttas till position 'x 10', S2 hålls öppen och S3 är stängd (x1), detta jämförs med 5000 pF f.s.d., medan man arbetar med C6 som okänd kondensator. Resultatet för denna kompletta installation bör ge 1/5 av fs.d.

Å andra sidan kan du skaffa ett sortiment av noggrant kända kondensatorer och använda dessa över Cx-punkterna och sedan justera de olika krukorna för att fixera kalibreringarna på mätarvredet på lämpligt sätt.

PCB-design

En annan enkel men ändå exakt kapacitansmätarkrets

När en konstant spänning appliceras på en kondensator genom ett motstånd ökar kondensatorladdningen på ett exponentiellt sätt. Men om matningen över en kondensator kommer från en konstant strömkälla uppvisar laddningen på kondensatorn en ökning som är ganska mycket linjär.

Denna princip där en kondensator laddas linjärt används här i den nedan diskuterade enkla kapacitansmätaren. Den är konstruerad för att mäta kondensatorvärden långt utanför intervallet för många liknande analoga mätare.

Med en konstant strömförsörjning fastställer mätaren den tid som krävs för att komplettera laddningen över den okända kondensatorn till någon känd referensspänning. Mätaren ger 5 fullskaliga intervall på 1,10, 100, 1000 och 10 000 µF. På 1-µF-skalan kunde kapacitansvärden så små som 0,01 µF mätas utan svårighet.

Hur det fungerar.

Såsom visas i figur, ger delarna Dl, D2, R6, Q1 och ett av motstånden över R1 till R5 5 val för den konstanta strömförsörjningen genom omkopplaren S1A.

När S2 hålls i det angivna läget kortsluts denna konstanta ström till jord genom S2A. När S2 byts i det alternativa valet drivs konstantströmmen in i kondensatorn som testas, över BP1 och BP2, vilket tvingar kondensatorladdningen i linjärt läge.

Op amp IC1 är ansluten som en komparator, med dess (+) ingångsstift ansluten till R8, som fixar referensspänningsnivån.

Så snart den linjärt ökande laddningen över kondensatorn som testas når några millivolt högre än (-) ingångsstift på IC1, växlar den omedelbart komparatorutgången från +12 volt till -12 volt.

Detta gör att utgången från komparatorn aktiverar en konstantströmskälla gjord med delarna D3, D4, D5, R10, R11 och Q2.

Om S2A byts till jord, precis som S2B, resulterar detta i kortslutning av kondensatorns C1-terminaler, vilket gör potentialen över C1 till noll. Med S2 i öppet tillstånd utlöser den konstanta strömmen via C1 spänningen över C1 för att öka linjärt.

När spänningen över kondensatorn som testas får komparatorn att växla, resulterar i att dioden D6 vänder omvänd förspänd. Denna åtgärd hindrar C1 från att ladda längre.

Eftersom laddningen av C1 bara sker tills den punkt där komparatorns utgångsstatus bara ändras, innebär det att den spänning som utvecklas över den bör vara direkt proportionell mot den okända kondensatorns kapacitansvärde.

För att säkerställa att C1 inte urladdas medan mätaren M1 mäter sin spänning, införs ett högimpedansbuffertsteg, skapat med hjälp av IC2, för mätaren M1.

Motstånd R13 och mätare M1 utgör en grundläggande voltmetermonitor på cirka 1 V FSD. Vid behov kan en fjärr voltmeter användas, förutsatt att den har ett fullskaligt intervall på under 8 volt. (Om du använder den här typen av extern mätare, se till att ställa in R8 på 1-µF-området, så att en noggrant identifierad 1 µF-kondensator motsvarar en 1-voltsavläsning.)

Kondensator C2 används för att motverka svängning av Q1-konstantströmförsörjningen, och R9 och R12 används för att skydda op-förstärkarna i händelse av att matningens DC stängs av under den tid då kondensatorn som testas och C1 laddas, eller annars kan de börja urladdas genom förstärkarna, vilket kan leda till en skada.

Dellista

PCB-mönster

Hur man kalibrerar

Innan du matar ström till kapacitansmätarkretsen, använd en fin skruvmejsel för att justera mätarens M1-nål exakt till nollnivån.

Placera en exakt känd kondensator runt 0,5 och 1,0 µF vid +/- 5%. Detta skulle fungera som 'kalibreringsbänkmärke'.

Anslut kondensatorn över BP1 och BP2 (den positiva sidan till BP1). Justera områdesomkopplaren S1 till placeringen '1' (mätaren ska visa 1 µF i full skala).

Placera S2 för att koppla bort jordledningen från de två kretsarna (Q1-samlare och Cl). M1-mätaren börjar nu en exklusiv rörelse och sätter sig vid en specifik avläsning. Att växla tillbaka S2 måste leda till att mätaren faller nedåt vid noll voltmarkeringen. Ändra S2 en gång till och bekräfta mätarens exklusiva avläsning.

Alternativt kan du hoppa över S2 och finjustera R8 tills du hittar mätaren som visar det exakta värdet på 5% av kondensatorns kalibrering. Ovanstående bara en kalibreringsuppsättning är tillräckligt för de återstående intervallen.