Pojasnjena 2 enostavna vezja merilnika kapacitivnosti - z uporabo IC 555 in IC 74121

V tem prispevku bomo govorili o nekaj enostavnih, a zelo priročnih majhnih vezjih v obliki frekvenčnega merilnika in merilnika kapacitivnosti z uporabo vseprisotnega IC 555.

Kako delujejo kondenzatorji

Kondenzatorji so ena glavnih elektronskih komponent, ki spadajo v družino pasivnih komponent.

Te se pogosto uporabljajo v elektronskih vezjih in tako rekoč nobenega vezja ni mogoče zgraditi brez vključitve teh pomembnih delov.

Osnovna funkcija kondenzatorja je blokiranje enosmernega toka in prehod izmeničnega toka, ali z enostavnimi besedami katera koli napetost, ki ima utripajočo naravo, lahko prehaja skozi kondenzator, napetost, ki ni polarizirana ali v obliki enosmernega toka, pa jo blokira kondenzator skozi postopek polnjenja.

Druga pomembna funkcija kondenzatorjev je shranjevanje električne energije s polnjenjem in dovajanjem nazaj v pritrjeno vezje s postopkom praznjenja.

Zgornja dva glavne funkcije kondenzatorjev se uporabljajo za izvajanje najpomembnejših operacij v elektronskih vezjih, ki omogočajo pridobivanje izhodov v skladu z zahtevanimi specifikacijami zasnove.

Vendar za razliko od upori, kondenzatorji jih je težko izmeriti z običajnimi metodami.

Na primer, običajni multitester ima lahko veliko merilnih funkcij, kot so merilnik OHM, voltmeter, ampermeter, tester diode, tester hFE itd., Vendar morda preprosto nima iluzijskih funkcija merjenja kapacitivnosti .

Značilnost merilnika kapacitivnosti ali merilnika induktivnosti je na voljo samo pri multimeterjih višjega razreda, ki zagotovo niso poceni in morda nobenega novega ljubitelja ne bi zanimalo.

Tu razpravljano vezje se zelo učinkovito ukvarja s temi vprašanji in prikazuje, kako zgraditi preprosto poceni kapacitivno cum merilnik frekvence ki ga lahko doma postavi vsak elektronski začetnik in ga uporabi za predvideno koristno aplikacijo.

Shema vezja

Kako deluje frekvenca za zaznavanje kapacitivnosti

Glede na sliko IC 555 tvori srce celotne konfiguracije.

Ta vsestranski čip za delovne konje je konfiguriran v najbolj standardnem načinu, to je monostabilni način multivibratorja.
Vsak pozitivni vrh impulza, ki se uporabi na vhodu, ki je pin št. 2 IC, ustvari stabilen izhod z nekaj vnaprej določenega fiksnega obdobja, nastavljenega s prednastavljeno P1.

Vendar se za vsak padec na vrhuncu impulza monostabilno ponastavi in ​​samodejno sproži z naslednjim prihajajočim vrhom.

To ustvari nekakšno povprečno vrednost na izhodu IC, ki je neposredno sorazmerna s frekvenco uporabljene ure.

Z drugimi besedami, izhod IC 555, ki je sestavljen iz nekaj uporov in kondenzatorjev, vključuje vrsto impulzov, da zagotovi stabilno povprečno vrednost, ki je neposredno sorazmerna z uporabljeno frekvenco.

Povprečno vrednost je mogoče zlahka prebrati ali prikazati preko merilnika tuljave, ki je povezan preko prikazanih točk.

Torej bo zgornje odčitavanje dalo neposreden odčitek frekvence, zato imamo na voljo lepo urejen merilnik frekvence.

Uporaba frekvence za merjenje kapacitivnosti

Zdaj, ko pogledamo naslednjo sliko spodaj, lahko jasno vidimo, da z dodajanjem zunanjega frekvenčnega generatorja (IC 555, ki je nespremenljiv) prejšnjemu vezju, lahko merilnik interpretira vrednosti kondenzatorja na označenih točkah, ker ta kondenzator neposredno vpliva ali je sorazmerna s frekvenco takta.

Zato bo neto frekvenčna vrednost, ki je zdaj prikazana na izhodu, ustrezala vrednosti kondenzatorja, priključenega na zgoraj obravnavane točke.

To pomeni, da imamo zdaj vezje dva v enem, ki lahko meri samo kapacitivnost in frekvenco, pri čemer uporablja le nekaj IC-jev in nekaj običajnih elektronskih delov. Z majhnimi spremembami lahko vezje enostavno uporabite kot tahometer ali kot števec vrtljajev.

Seznam delov

• R1 = 4K7
• R3 = LAHKO JE SPREMENLJIV LONČEK 100K
• 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 merilnik FSD,
• D1, D2 = 1N4148

Merilnik kapacitivnosti z uporabo IC 74121

To preprosto vezje merilnika kapacitivnosti zagotavlja 14 linearno umerjenih merilnih območij kapacitivnosti, od 5 pF do 15 uF FSD. S1 je uporabljen kot stikalo za doseg in deluje v sodelovanju s S4 (s1 / x10) in S3 (x l) ali S2 (x3). IC 7413 deluje kot nestabilni oscilator, skupaj z R1 in C1 do C6, ki delujejo kot elementi za določanje frekvence.

Ta stopnja aktivira IC 74121 (monostabilni multivibrator), tako da generira asimetrični kvadratni val s ponavljajočo se frekvenco, za katero vrednost določajo deli R1 in C1 do C6 ter delovni cikel, kot je določeno z R2 (ali R3) in Cx .

Tipična vrednost te kvadratno-valovne napetosti se spreminja linearno, ko se spremeni delovni cikel, ta pa se linearno spreminja glede na vrednost Cs, vrednost R2 / R3 (s10 / x I) in frekvenco (določeno s Položaj stikala S1).

Stikala za izbirno območje končnega območja S3j ..- xl) in 52 (x3) v bistvu vstavijo upor zaporedno z merilnikom. Konfiguracija okoli zatičev 10 in zatiča 11 IC 74121 in za Cx mora biti čim krajša in trdna, kolikor je to mogoče, da je zagotovljena minimalna kapacitivnost odmika in brez nihanj. P5 in P4 se uporabljata za neodvisno kalibracijo nič pri nizkih kapacitivnih območjih. Za vsa višja območja zadostuje kalibracija, opravljena s sistemom P3. F.s.d. kalibracija je precej enostavna.

C6 najprej ne spajkajte v vezju, temveč ga pritrdite na sponke z oznako Cx za neznani kondenzator. Postavite S1 v položaj 3, S4 v položaj x1 in S2 zaprto (s3), to se nastavi za območja 1500 pF f.s.d. Zdaj je C6 pripravljen za uporabo kot vrednost referenčne vrednosti za umerjanje. Nato se pot P1 prilagodi, dokler merilnik ne dešifrira 2/3 f.s.d. Nato lahko S4 premaknemo v položaj 'x 10', S2 ostane odprt in S3 je zaprt (x1), to primerja s 5000 pF f.s.d., medtem ko delamo s C6 kot neznanim kondenzatorjem. Rezultat te popolne postavitve naj bi bil 1/5 fs.d.

Po drugi strani pa lahko nabavite izbor natančno znanih kondenzatorjev in jih uporabite čez točke Cx ter nato prilagodite različne lonce za ustrezno pritrditev kalibracij na merilniku.

Oblika PCB

Še eno preprosto še natančno vezje merilnika kapacitivnosti

Ko se na kondenzator preko upora uporabi konstantna napetost, se naboj kondenzatorja eksponentno poveča. Če pa napajanje kondenzatorja prihaja iz stalnega tokovnega vira, se naboj na kondenzatorju poveča, kar je precej linearno.

Ta princip, pri katerem se kondenzator linearno polni, je uporabljen tukaj v spodnjem obravnavanem enostavnem merilniku kapacitivnosti. Zasnovan je za merjenje vrednosti kondenzatorjev, ki presegajo obseg številnih podobnih analognih števcev.

Z uporabo napajanja s konstantnim tokom merilnik določi čas, potreben za dopolnitev naboja na neznanem kondenzatorju do neke znane referenčne napetosti. Merilnik ponuja 5 obsežnih obsegov 1,10, 100, 1000 in 10 000 µF. Na lestvici 1 µF je bilo mogoče brez težav izmeriti tako majhne vrednosti kot 0,01 µF.

Kako deluje.

Kot je prikazano na sliki, deli D1, D2, R6, Q1 in eden od uporov na R1 do R5 zagotavljajo 5 izbire za konstantni dovod toka prek stikala S1A.

Ko je S2 zadržan v označenem položaju, se ta stalni tok prek S2A zaskoči na maso. Ko se pri nadomestni izbiri preklopi S2, se konstantni tok poganja v preskušani kondenzator, preko BP1 in BP2, ki v linearnem načinu sili kondenzator.

Op amp IC1 je pritrjen kot primerjalnik, njegov (+) vhodni zatič pa je pritrjen na R8, ki določa referenčno raven napetosti.

Takoj, ko linearno naraščajoči naboj na preizkušenem kondenzatorju doseže nekaj milivoltov višje od (-) vhodnega zatiča IC1, takoj preklopi izhod primerjalnika iz +12 voltov na -12 voltov.

To povzroči, da izhod primerjalnika aktivira vir stalnega toka, narejen z deli D3, D4, D5, R10, R11 in Q2.

V primeru, da se S2A preklopi na maso, tako kot S2B, to povzroči kratek stik kondenzatorskih sponk C1 in potencial čez C1 spremeni v nič. Ko je S2 v odprtem stanju, prehod s konstantnim tokom skozi C1 sproži linearno povečanje napetosti na C1.

Ko napetost na preskušanem kondenzatorju povzroči, da se primerjalnik preklopi, se dioda D6 obrne v obratno smer. To dejanje preprečuje nadaljnje polnjenje naprave C1.

Ker se polnjenje C1 dogaja le do trenutka, ko se stanje izhoda primerjalnika samo spremeni, pomeni, da mora biti napetost, ki se razvije na njem, sorazmerna z vrednostjo kapacitivnosti neznanega kondenzatorja.

Da se zagotovi, da se C1 ne izprazni, medtem ko merilnik M1 meri svojo napetost, je v merilnik M1 vgrajena odporna stopnja z visoko impedanco, ustvarjena z uporabo IC2.

Upor R13 in merilnik M1 predstavljata osnovni voltmetrski monitor približno 1 V FSD. Po potrebi se lahko uporabi daljinski voltmeter, če ima obseg pod 8 voltov. (V primeru, da vključite to vrsto zunanjega števca, poskrbite, da boste R8 nastavili na območje 1 µF, tako da natančno identificiran kondenzator 1 µF ustreza odčitku 1 volta.)

Kondenzator C2 se uporablja za preprečevanje nihanja oskrbe s konstantnim tokom Q1, R9 in R12 pa sta uporabljena za varovanje opcijskih ojačevalnikov v primeru, da je napajalni enosmerni tok izklopljen v času polnjenja preskušanega kondenzatorja in C1, ali sicer bi se lahko začeli prazniti skozi opcijske ojačevalnike, kar bi povzročilo škodo.

Seznam delov

Zasnove PCB

Kako umeriti

Preden napajate vezje merilnika kapacitivnosti, s finim izvijačem natančno nastavite iglo merilnika M1 na ničelno raven.

Postavite natančno znan kondenzator na približno 0,5 in 1,0 µF pri +/- 5%. To bi delovalo kot „kalibracijska oznaka“.

Priključite ta kondenzator na BP1 in BP2 (pozitivna stran BP1). Stikalo za območje S1 nastavite na položaj '1' (merilnik mora prikazati 1-µF v celotnem merilu).

Položaj S2 odklopite ozemljitveni kabel iz obeh vezij (Q1 kolektor in Cl). Merilnik M1 se bo zdaj začel premikati in se določil ob določenem odčitku. Če preklopite S2 nazaj, mora merilnik pasti navzdol pri ničelni voltni oznaki. Še enkrat spremenite S2 in potrdite odčitavanje merilnika.

Lahko tudi preskočite S2 in natančno nastavite R8, dokler ne najdete merilnika, ki prikazuje natančno vrednost 5% kalibracije kondenzatorja. Zgornja zgolj ena nastavitev kalibracije bo povsem zadostovala za preostale razpone.