3-siffrig LED-kapacitansmätarkrets

Detta projekt är ännu en testutrustning som kan vara extremt praktiskt för alla elektroniska hobbyister, och att bygga denna enhet kan vara mycket roligt.

En kapacitansmätare är en mycket användbar testutrustning eftersom den låter användaren kontrollera en önskad kondensator och bekräfta dess tillförlitlighet.

Vanliga eller vanliga digitala mätare har mestadels ingen kapacitansmätare, och därför måste en elektronisk entusiast vara beroende av dyra mätare för att få den här anläggningen.

Kretsen som diskuteras i följande artikel förklarar en avancerad men billig tresiffrig LED-kapacitansmätare, som ger en rimligt noggrann mätning för en rad kondensatorer som vanligtvis används i alla samtida elektroniska kretsar.

Kapacitansområden

Den föreslagna kretsdesignen för kapacitansmätare ger en tresiffrig LED-skärm och den mäter värdena med fem intervall, som anges nedan:

Område nr 1 = 0 till 9,99 nF
Område # 2 = 0 till 99,9 nF
Område # 3 = 0 till 999nF
Område # 4 = 0 till 9,99 µF
Område # 5 = 0 till 99,99 µF

Ovanstående intervall inkluderar de flesta standardvärdena, men konstruktionen kan inte bestämma extremt låga värden på några få pikofarader eller elektrolytkondensatorer med högt värde.

Praktiskt taget denna begränsning kanske inte är för mycket bekymmer, eftersom kondensatorer med extremt lågt värde sällan används i dagens elektroniska kretsar, medan de stora kondensatorerna kan testas med hjälp av ett par seriekopplade kondensatorer, vilket kommer att beskrivas djupare senare i följande stycken.

Hur det fungerar

En varningslampa för överströmning är införlivad så att felaktiga avläsningar förhindras om ett olämpligt intervall väljs. Enheten drivs genom ett 9 volts batteri och är därför helt bärbart.

Figur 2 visar kretsschemat för klockoscillatorn, en låg-Hz-oscillator, en logisk styrenhet och monostabila multivibratorsteg i LED-kapacitansmätarkretsen.

Räknar- / driv- och överströmningskretsstegen visas i nästa bild ovan.

Tittar vi på figur 2 är IC5 en 5 volt fast spänningsregulator som ger en snyggt reglerad 5 volt utgång från 9 volt batterikällan. Hela kretsen använder denna reglerade 5 volt effekt för att fungera.

Batteriet borde ha högt mAh-värde eftersom kretsens nuvarande användning är ganska stor på cirka 85 mA. Strömförbrukningen kan överstiga 100 mA när de flesta siffrorna i 3-skärmen lyser för visning.

Lågfrekvensoscillatorn är byggd kring IC2a ​​och IC2b som är CMOS NOR-grindar. Icke desto mindre är dessa IC: er anslutna som grundläggande växelriktare i denna speciella krets och tillämpas via normal CMOS-inställning.

Observera att oscillatorstegets arbetsfrekvens är mycket större jämfört med frekvensen med vilken avläsningarna tillhandahålls, eftersom denna oscillator måste generera 10 utgångscykler för att möjliggöra slutförandet av en enda avläsningscykel.

IC3 och IC4a är konfigurerade som kontrolllogikstadiet. IC3 som är en CMOS 4017 avkodare / räknare, innehåller 10 utgångar ('0' till '9'). Var och en av dessa utgångar går högt i följd för varje enskild ingångsklockcykel. I denna speciella design levererar '0' återställningsklockan till räknarna.

Utgången '1' blir därefter hög och växlar den monostabila som producerar grindpulsen för klock- / motkretsen. Utgångarna '2' till '8' är inte anslutna, och tidsintervallet under vilket dessa 2 utgångar blir höga möjliggör lite tid så att portpulsen kan slutföras och att räkningen kan bli över.

Utgång '9' levererar den logiska signalen som låser den nya avläsningen över LED-displayen, men denna logik måste vara negativ. Detta åstadkommes med IC4a som inverterar signalen från utgång 9 så att den översätts till en lämplig puls.

Den monostabila multivibratorn är en standard CMOS-version som använder ett par två ingångs NOR-grindar (IC4b och IC4c). Trots att den är en enkel monostabil design, erbjuder den funktioner som gör den perfekt värdig den nuvarande applikationen.

Detta är en icke-återutlösbar form och ger som ett resultat en utgångspuls som är mindre än utlösarpulsen som genereras från IC3. Den här funktionen är faktiskt kritisk, för när en återutlösbar typ används kan den lästa skärmavläsningen vara ganska hög.

Den föreslagna konstruktionens självkapacitans är ganska minimal, vilket är viktigt eftersom en väsentlig grad av lokal kapacitans kan störa kretsens linjära attribut, vilket resulterar i en enorm lägsta skärmavläsning.

Under användning kunde prototypskärmen ses med läsning '000' i alla 5 områdena när det inte finns någon kondensator ansluten över testplatserna.

Motstånd R5 till R9 fungerar som motstånd för val av intervall. När du minskar tidsmotståndet över årtiondssteg, ökar den tidskapacitet som krävs för en viss avläsning i årtiondet.

Om vi ​​anser att avståndsmotstånden är klassade med en tolerans på minst 1%, kan denna inställning förväntas leverera tillförlitliga avläsningar. Det betyder att det kanske inte är nödvändigt att varje intervall kalibreras separat.

R1 och S1a är kopplade för att köra decimalsegmentet på rätt LED-display, med undantag för Range 3 (999nF) där en decimalpunktindikering inte är nödvändig. Klockoscillatorn är faktiskt en vanlig 555 astabel konfiguration.

Pot RV1 används som klockfrekvensregulator för kalibrering av denna LED-kapacitansmätare. Den monostabila utgången används för att styra stift 4 på IC 1 och klockoscillatorn aktiveras endast medan grindperioden är tillgänglig. Denna funktion eliminerar behovet av en oberoende signalgrind.

När vi nu kontrollerar figur 3 finner vi att räknarkretsen är ansluten med 3 CMOS 4011 IC: er. Dessa känns faktiskt inte igen från den perfekta CMOS-logikfamiljen, men det är ändå extremt flexibla element som är värda att ofta konsumeras.

Dessa är faktiskt konfigurerade som upp / ner-räknare med individuella klockingångar och bär / utlåningsutgångar. Som kan förstås är potentialen att använda i nedräknarläget meningslös här, därför är klockans ingång ansluten till den negativa matningslinjen.

De tre räknarna är anslutna i följd för att möjliggöra en konventionell tresiffrig display. Här är IC9 kopplad för att generera den minst signifikanta siffran och IC7 möjliggör den viktigaste siffran. 4011 innehåller en decennieräknare, en sju segmentavkodare och en spärr / display-drivrutiner.

Varje enskild IC kan av den anledningen ersätta en typisk 3-chip TTL-stil räknare / förare / spärr alternativ. Utgångarna har tillräckligt med ström för att direkt belysa alla lämpliga gemensamma katod-sju-segment LED-display.

Trots en låg spänningsmatning på 5 volt rekommenderas att man kör varje enskilt LED-skärmsegment genom ett strömbegränsande motstånd så att strömförbrukningen för hela kapacitansmätarenheten kan hållas under en acceptabel nivå.

IC7: s 'bärutgång' appliceras på IC6-klockingången, det vill säga en dubbel D-typ dividerad med två flip / flop. I denna specifika krets implementeras dock bara en del av IC: n. IC6-utgången byter bara tillstånd när det finns en överbelastning. Detta innebär att om överbelastningen är betydligt hög kommer det att resultera i många utgångscykler från IC7.

Att direkt driva LED-indikatorn LED1 till IC6 kan vara ganska olämpligt, eftersom denna utgång kan vara kortvarig och LED kan möjligen generera bara ett par korta belysningar som lätt kan gå obemärkt förbi.

För att undvika denna situation används IC7-utgången för att driva en grundläggande inställning / återställning av bistabil krets skapad genom att koppla ett par normalt tomma grindar till IC2, och därefter växlar spärren LED-indikatorn LED1. De två IC6 och spärren återställs av IC3 så att överflödskretsen börjar från början när en ny testavläsning implementeras.

Hur man bygger

Att konstruera denna tresiffriga kapacitansmätarkrets handlar om att montera alla delar korrekt över nedanstående PCB-layout.

Kom ihåg att IC är alla CMOS-typer och därför känsliga för statisk elektricitet från din hand. För att undvika skador genom statisk elektricitet rekommenderas användning av IC-uttag. Håll IC: erna på kroppen och tryck in dem i uttagen utan att vidröra stiften under processen.

Kalibrering

Innan du börjar kalibrera den slutgiltiga 3-siffriga LED-kapacitansmätarkretsen kan det vara viktigt att använda en kondensator med en tät tolerans och en storlek som ger cirka 50 till 100% av mätarens hela skalområde.

Låt oss föreställa oss att C6 har införlivats i enheten och används för att kalibrera mätaren. Justera nu enheten till intervall # 1 (9,99 nF i full skala) och sätt in en direktlänk över SK2 och SK4.

Därefter justerar du RV1 mycket försiktigt för att visualisera lämplig avläsning av 4.7nF på skärmen. När detta är gjort kan du hitta enheten som visar motsvarande korrekta avläsningar över ett antal kondensatorer.

Men förvänta dig inte att avläsningarna är exakta. Den tresiffriga kapacitansmätaren i sig är ganska exakt, även om den, som diskuterats tidigare, praktiskt taget kommer att åtföljas av några mindre avvikelser.

Varför 3 LED-skärmar används

Många kondensatorer tenderar att ha ganska stora toleranser, även om en handfull sorter kan innehålla en noggrannhet på högre än 10%. Praktiskt sett kan det hända att införandet av den tredje LED-siffra inte är motiverad med avseende på den förväntade precisionen, men det är ändå fördelaktigt på grund av det faktum att den effektivt utökar den lägsta kapaciteten som enheten kan läsa genom ett helt decennium.

Testa gamla kondensatorer

Om en gammal kondensator testas med denna utrustning kan du se att den digitala avläsningen på skärmen gradvis ökar. Detta kanske inte nödvändigtvis betyder en defekt kondensator, utan det kan bara bero på att våra fingrar värms upp och får kondensatorvärdet att öka marginellt. När du sätter in en kondensator i SKI- och SK2-kortplatserna, se till att hålla kondensatorn vid dess kropp och inte ledningarna.

Testning av överdrivna högkvalitativa kondensatorer

Högvärdeskondensatorer som inte ligger inom räckvidden för denna LED-kapacitansmätare kan undersökas genom att ansluta högvärdeskondensatorn i serie med en lägre värmekondensator och sedan testa den totala seriekapacitansen för de två enheterna.

Låt oss säga att vi vill undersöka en kondensator med ett 470 µF-värde tryckt på den. Detta kan implementeras genom att fästa det i serie med 100 µF kondensator. Därefter kunde värdet på kondensatorn 470 µF verifieras med hjälp av följande formel:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 uF

82,5 µF kommer att bekräfta att 470 µF är bra med sitt värde. Men antag att om mätaren visar någon annan avläsning som 80 µF, skulle det innebära att 470 µF inte är OK, eftersom dess verkliga värde då skulle vara:

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

Resultatet indikerar att den testade kondensatorns hälsa på 470 µF kanske inte är särskilt bra

De två extra uttagen (SK3 och SK4) och kondensator C6 kan ses i diagrammet. Syftet med SK3 är att göra det lätt för urladdning av testelement genom att röra vid SK1 och SK3 innan du pluggar in dem över SKI och SK2 för mätningen.

Detta är endast tillämpligt på de kondensatorer som kan ha en tendens att lagra en restladdning när de tas bort från en krets strax före testet. Kondensatorer av högt värde och högspänning är de som kan vara känsliga för detta problem.

Under allvarliga förhållanden kan kondensatorer emellertid behöva urladdas försiktigt via ett avluftningsmotstånd innan de tas ut ur en krets. Anledningen till att inkludera SK3 är att kondensatorn som testas laddas ur genom att ansluta över SK1 och SK3 innan de testas över SKI och SK2 för mätningen.

C6 är en praktisk provkondensator som är färdig att använda för snabb kalibrering. Om en kondensator som testas visar en felaktig avläsning, kan det vara viktigt att byta till intervall 1 och sätta en bygel över SK2 till SK4 så att C6 blir ansluten som testkondensator. Därefter kanske du vill kontrollera att ett legitimt värde på 47nF anges över skärmarna.

Det finns dock en sak som måste förstås: Mätaren i sig är ganska exakt inom några% plus / minus, bortsett från kondensatorvärden nästan identiska med kalibreringsvärdet. Ett ytterligare problem är att kondensatoravläsningarna kan bero på temperatur och några externa parametrar. Om en kapacitansavläsning visar ett litet fel som överstiger dess toleransvärde, indikerar detta troligtvis att delen är helt OK och inte på något sätt är defekt.

Dellista