Κύκλωμα μετρητή χωρητικότητας 3 ψηφίων LED

Αυτό το έργο είναι ένας ακόμη δοκιμαστικός εξοπλισμός που μπορεί να είναι εξαιρετικά βολικός για οποιονδήποτε ηλεκτρονικό χόμπι και η κατασκευή αυτής της μονάδας μπορεί να είναι πολύ διασκεδαστική.

Ο μετρητής χωρητικότητας είναι ένας πολύ χρήσιμος εξοπλισμός δοκιμής, καθώς επιτρέπει στον χρήστη να ελέγξει τον επιθυμητό πυκνωτή και να επιβεβαιώσει τη σχετικότητά του.

Οι συνηθισμένοι ή τυπικοί ψηφιακοί μετρητές συνήθως δεν διαθέτουν ευκολία μετρητή χωρητικότητας, και ως εκ τούτου ένας ηλεκτρονικός ενθουσιώδης πρέπει να εξαρτάται από δαπανηρούς μετρητές για να πάρει αυτή τη δυνατότητα.

Το κύκλωμα που συζητείται στο επόμενο άρθρο, εξηγεί έναν προηγμένο αλλά φτηνό μετρητή χωρητικότητας LED 3 ψηφίων, ο οποίος παρέχει μια αρκετά ακριβή μέτρηση για μια σειρά πυκνωτών που χρησιμοποιούνται συνήθως σε όλα τα σύγχρονα ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Εύρος χωρητικότητας

Ο προτεινόμενος σχεδιασμός κυκλώματος μετρητή χωρητικότητας παρέχει μια τριψήφια οθόνη LED και μετρά τις τιμές με πέντε περιοχές, όπως υποδεικνύεται παρακάτω:

Εύρος # 1 = 0 έως 9,99nF
Εύρος # 2 = 0 έως 99.9nF
Εύρος # 3 = 0 έως 999nF
Εύρος # 4 = 0 έως 9,99 μF
Εύρος # 5 = 0 έως 99,99µF

Τα παραπάνω εύρη περιλαμβάνουν τις περισσότερες από τις τυπικές τιμές, ωστόσο ο σχεδιασμός δεν είναι σε θέση να προσδιορίσει εξαιρετικά χαμηλές τιμές μερικών picofarads ή ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές υψηλής αξίας.

Πρακτικά αυτός ο περιορισμός μπορεί να μην ανησυχεί πάρα πολύ, καθώς οι πυκνωτές εξαιρετικά χαμηλής τιμής σπάνια χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικά κυκλώματα σήμερα, ενώ οι μεγάλοι πυκνωτές θα μπορούσαν να δοκιμαστούν χρησιμοποιώντας μερικούς συνδεδεμένους πυκνωτές σειράς, όπως θα περιγραφεί σε βάθος αργότερα σε τις ακόλουθες παραγράφους.

Πως δουλεύει

Ενσωματώνεται μια προειδοποιητική λυχνία υπερχείλισης προκειμένου να αποτρέπονται ανακριβείς αναγνώσεις σε περίπτωση επιλογής ακατάλληλου εύρους. Η συσκευή οδηγείται μέσω μπαταρίας 9 volt και ως εκ τούτου είναι απολύτως φορητή.

Το Σχήμα 2 δείχνει το διάγραμμα κυκλώματος για τον ταλαντωτή ρολογιού, έναν ταλαντωτή χαμηλού Ηζ, τον ελεγκτή λογικής και τα μονοσταθερά στάδια πολλαπλών δονητών του κυκλώματος μετρητή χωρητικότητας LED.

Τα στάδια κυκλώματος μετρητή / οδηγού και υπερχείλισης φαίνονται στο επόμενο σχήμα παραπάνω.

Κοιτάζοντας το Σχήμα 2, το IC5 είναι ένας ρυθμιστής σταθερής τάσης 5 volt που παρέχει μια ωραία ρυθμισμένη έξοδο 5 volt από την πηγή μπαταρίας 9 volt. Όλο το κύκλωμα χρησιμοποιεί αυτήν την ρυθμιζόμενη ισχύ 5 volt για τη λειτουργία.

Η μπαταρία πρέπει να έχει υψηλή βαθμολογία mAh, καθώς η τρέχουσα χρήση του κυκλώματος είναι αρκετά μεγάλη στα 85 mA περίπου. Η τρέχουσα κατανάλωση θα μπορούσε να υπερβεί τα 100 mA όποτε φωτίζονται τα περισσότερα ψηφία της οθόνης 3 για την εμφάνιση.

Ο ταλαντωτής χαμηλής συχνότητας είναι χτισμένος γύρω από τα IC2a ​​και IC2b που είναι πύλες CMOS NOR. Παρ 'όλα αυτά, σε αυτό το συγκεκριμένο κύκλωμα αυτά τα IC συνδέονται ως βασικοί μετατροπείς και εφαρμόζονται μέσω κανονικής διαμόρφωσης CMOS.

Παρατηρήστε ότι η συχνότητα λειτουργίας του σταδίου ταλαντωτή είναι πολύ μεγαλύτερη σε σύγκριση με τη συχνότητα με την οποία παρέχονται οι αναγνώσεις, επειδή αυτός ο ταλαντωτής πρέπει να δημιουργήσει 10 κύκλους εξόδου για να επιτρέψει την ολοκλήρωση ενός μόνο κύκλου ανάγνωσης.

Οι IC3 και IC4a διαμορφώνονται ως το στάδιο λογικής ελέγχου. Το IC3 που είναι ένας αποκωδικοποιητής / μετρητής CMOS 4017, περιλαμβάνει 10 εξόδους ('0' έως '9'). Κάθε μία από αυτές τις εξόδους αυξάνεται διαδοχικά για κάθε διαδοχικό κύκλο ρολογιού εισόδου. Σε αυτό το συγκεκριμένο σχέδιο εξόδου «0» προμηθεύεται το ρολόι επαναφοράς στους μετρητές.

Η έξοδος «1» στη συνέχεια γίνεται υψηλή και εναλλάσσει το μονόστατο που παράγει τον παλμό πύλης για το κύκλωμα ρολογιού / μετρητή. Οι έξοδοι «2» έως «8» δεν είναι συνδεδεμένες και το χρονικό διάστημα κατά το οποίο αυτές οι 2 έξοδοι γίνονται υψηλές επιτρέπει λίγο χρόνο έτσι ώστε ο παλμός της πύλης να μπορεί να ολοκληρωθεί και να επιτρέψει την ολοκλήρωση της μέτρησης.

Η έξοδος «9» παρέχει το λογικό σήμα που συνδέει τη νέα ένδειξη πάνω από την οθόνη LED, ωστόσο αυτή η λογική πρέπει να είναι αρνητική. Αυτό επιτυγχάνεται με IC4a που αναστρέφει το σήμα από την έξοδο 9 έτσι ώστε να μεταφράζεται σε κατάλληλο παλμό.

Το monostable multivibrator είναι μια τυπική έκδοση CMOS χρησιμοποιώντας δύο πύλες NOR 2 εισόδων (IC4b και IC4c). Παρόλο που είναι ένας απλός μονόστατος σχεδιασμός, προσφέρει δυνατότητες που το καθιστούν τέλεια άξιο της τρέχουσας εφαρμογής.

Αυτή είναι μια μη ανακτήσιμη μορφή, και ως εκ τούτου παρέχει έναν παλμό εξόδου που είναι μικρότερος από τον παλμό ενεργοποίησης που δημιουργείται από το IC3. Αυτή η συνάρτηση είναι πραγματικά κρίσιμη, επειδή όταν χρησιμοποιείται ένας ανακτήσιμος τύπος, η ελάχιστη ένδειξη οθόνης μπορεί να είναι αρκετά υψηλή.

Η αυτο-χωρητικότητα του προτεινόμενου σχεδιασμού είναι αρκετά ελάχιστη, κάτι που είναι απαραίτητο αφού ένας σημαντικός βαθμός τοπικής χωρητικότητας θα μπορούσε να διαταράξει το γραμμικό χαρακτηριστικό του κυκλώματος, με αποτέλεσμα μια τεράστια χαμηλότερη ένδειξη οθόνης.

Κατά τη χρήση, η πρωτότυπη οθόνη θα μπορούσε να φανεί με ανάγνωση «000» και στις 5 σειρές όταν δεν υπάρχει πυκνωτής συνδεδεμένος σε δοκιμαστικές υποδοχές.

Οι αντιστάσεις R5 έως R9 λειτουργούν ως αντιστάσεις επιλογής εύρους. Όταν μειώνετε την αντίσταση χρονισμού σε βήματα δεκαετίας, η χωρητικότητα χρονισμού που απαιτείται για μια συγκεκριμένη ανάγνωση αυξάνεται με τα βήματα της δεκαετίας.

Εάν θεωρούμε ότι οι αντιστάσεις εύρους έχουν βαθμολογία με ανοχή τουλάχιστον 1%, αυτή η ρύθμιση μπορεί να αναμένεται να προσφέρει αξιόπιστες μετρήσεις. Αυτό σημαίνει ότι ενδέχεται να μην είναι απαραίτητο να βαθμονομείται ξεχωριστά κάθε περιοχή.

Τα R1 και S1a είναι ενσύρματα για την εκτέλεση του τμήματος δεκαδικών σημείων στη σωστή οθόνη LED, εκτός από το εύρος 3 (999nF) στο οποίο δεν απαιτείται ένδειξη δεκαδικού σημείου. Ο ταλαντωτής ρολογιού είναι στην πραγματικότητα μια συνηθισμένη διαμόρφωση 555.

Το δοχείο RV1 χρησιμοποιείται ως ελεγκτής συχνότητας ρολογιού, για τη βαθμονόμηση αυτού του μετρητή χωρητικότητας LED. Η μονόστατη έξοδος χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του πείρου 4 του IC 1 και ο ταλαντωτής ρολογιού θα ενεργοποιηθεί μόνο όταν η περίοδος πύλης είναι διαθέσιμη. Αυτή η λειτουργία εξαλείφει τη ζήτηση για ανεξάρτητη πύλη σήματος.

Τώρα ελέγχοντας το Σχήμα 3, διαπιστώνουμε ότι το κύκλωμα μετρητή είναι ενσύρματο χρησιμοποιώντας 3 CMOS 4011 IC. Αυτά στην πραγματικότητα δεν αναγνωρίζονται από την ιδανική οικογένεια λογικής CMOS, παρόλα αυτά είναι εξαιρετικά ευέλικτα στοιχεία που αξίζουν συχνής κατανάλωσης.

Αυτά είναι πραγματικά διαμορφωμένα ως μετρητές πάνω / κάτω με μεμονωμένες εισόδους ρολογιού και έξοδο μεταφοράς / δανεισμού. Όπως μπορεί να γίνει κατανοητό, η δυνατότητα χρήσης στη λειτουργία κάτω μετρητή δεν έχει νόημα εδώ, επομένως η είσοδος του ρολογιού κάτω συνδέεται με την αρνητική γραμμή τροφοδοσίας.

Οι τρεις μετρητές συνδέονται διαδοχικά για να επιτρέψουν μια συμβατική 3ψήφια οθόνη. Εδώ, το IC9 είναι ενσύρματο για τη δημιουργία του λιγότερο σημαντικού ψηφίου και το IC7 επιτρέπει το πιο σημαντικό ψηφίο. Το 4011 περιλαμβάνει στάδια μετρητή δεκαετίας, αποκωδικοποιητή επτά τμημάτων και στάδια οδηγού μανδάλου / οθόνης.

Κάθε μεμονωμένο IC θα μπορούσε για αυτόν τον λόγο να αντικαταστήσει μια τυπική επιλογή 3 chip TTL counter / driver / latch. Οι έξοδοι έχουν αρκετή ισχύ για να φωτίζουν άμεσα οποιαδήποτε κατάλληλη κοινή οθόνη καθόδου επτά τμημάτων LED.

Παρά την παροχή χαμηλής τάσης 5 βολτ, συνιστάται η οδήγηση κάθε τμήματος οθόνης LED μέσω μιας αντίστασης περιορισμού ρεύματος, έτσι ώστε η τρέχουσα κατανάλωση ολόκληρης της μονάδας μετρητή χωρητικότητας να διατηρείται κάτω από ένα αποδεκτό επίπεδο.

Η έξοδος «μεταφοράς» του IC7 εφαρμόζεται στην είσοδο ρολογιού IC6, δηλαδή διαίρεση τύπου D με δύο flip / flop. Ωστόσο, σε αυτό το συγκεκριμένο κύκλωμα εφαρμόζεται μόνο ένα τμήμα του IC. Η έξοδος IC6 θα αλλάξει κατάσταση μόνο όταν υπάρχει υπερφόρτωση. Αυτό σημαίνει, εάν η υπερφόρτωση είναι σημαντικά υψηλή θα έχει ως αποτέλεσμα πολλούς κύκλους εξόδου από το IC7.

Η άμεση τροφοδοσία της ενδεικτικής λυχνίας LED LED1 μέσω IC6 θα μπορούσε να είναι πολύ ακατάλληλη, επειδή αυτή η έξοδος μπορεί να είναι στιγμιαία και η ενδεικτική λυχνία LED μπορεί να είναι σε θέση να παράγει μόνο μερικές σύντομες φωτεινές ενδείξεις που θα μπορούσαν εύκολα να απαρατήρησαν.

Προκειμένου να αποφευχθεί αυτή η κατάσταση, η έξοδος IC7 χρησιμοποιείται για την οδήγηση ενός βασικού κυκλώματος σετ / επαναφοράς που δημιουργείται μέσω καλωδίωσης ενός ζεύγους κανονικά κενών πυλών του IC2, και στη συνέχεια το μάνδαλο αλλάζει την ένδειξη LED LED1. Τα δύο IC6 και το μάνδαλο επαναφέρονται από το IC3 έτσι ώστε το κύκλωμα υπερχείλισης να ξεκινά από το μηδέν κάθε φορά που εφαρμόζεται μια νέα δοκιμαστική ανάγνωση.

Πώς να φτιάξετε

Η κατασκευή αυτού του τριψήφιου κυκλώματος μετρητή χωρητικότητας είναι περίπου η συναρμολόγηση όλων των εξαρτημάτων σωστά πάνω από την παρακάτω δοθείσα διάταξη PCB.

Θυμηθείτε ότι το IC είναι όλοι οι τύποι CMOS και επομένως είναι ευαίσθητοι στο στατικό ηλεκτρισμό από το χέρι σας. Συνιστάται η αποφυγή ζημιών μέσω στατικού ηλεκτρισμού. Κρατήστε τα IC στο σώμα τους και σπρώξτε τις στις πρίζες, χωρίς να αγγίξετε τους πείρους κατά τη διαδικασία.

Βαθμονόμηση

Πριν ξεκινήσετε τη βαθμονόμηση αυτού του οριστικοποιημένου κυκλώματος μετρητή χωρητικότητας LED 3 ψηφίων, μπορεί να είναι σημαντικό να χρησιμοποιήσετε έναν πυκνωτή με σφιχτή ανοχή και μέγεθος που παρέχει περίπου 50 έως 100% του εύρους πλήρους κλίμακας του μετρητή.

Ας φανταστούμε ότι το C6 έχει ενσωματωθεί στη μονάδα και εφαρμόζεται για τη βαθμονόμηση του μετρητή. Τώρα, προσαρμόστε τη συσκευή στο εύρος # 1 (9,99 nF πλήρους κλίμακας) και εισαγάγετε έναν άμεσο σύνδεσμο σε SK2 και SK4.

Στη συνέχεια, ρυθμίστε πολύ ήπια το RV1 για να απεικονίσετε την κατάλληλη ένδειξη 4,7nF στην οθόνη. Μόλις γίνει αυτό, ενδέχεται να βρείτε τη μονάδα που δείχνει τις αντίστοιχες σωστές ενδείξεις σε ένα εύρος πυκνωτών.

Ωστόσο, μην περιμένετε να είναι ακριβείς οι μετρήσεις. Ο τριψήφιος μετρητής χωρητικότητας από μόνος του είναι αρκετά ακριβής, αν και, όπως συζητήθηκε προηγουμένως, θα συνοδεύεται πρακτικά με κάποιες μικρές αποκλίσεις.

Γιατί χρησιμοποιούνται 3 οθόνες LED

Πολλοί πυκνωτές τείνουν να έχουν αρκετά μεγάλες ανοχές, αν και μερικές ποικιλίες μπορεί να περιλαμβάνουν ποσοστό ακρίβειας υψηλότερο από 10%. Πρακτικά, η εισαγωγή του 3ου ψηφίου LED ενδέχεται να μην δικαιολογείται σε σχέση με την αναμενόμενη ακρίβεια, ωστόσο είναι πλεονεκτικό λόγω του γεγονότος ότι επεκτείνει αποτελεσματικά τη χαμηλότερη χωρητικότητα που μπορεί να διαβάσει η συσκευή σε μια ολόκληρη δεκαετία.

Δοκιμή παλαιών πυκνωτών

Σε περίπτωση που ένας παλιός πυκνωτής δοκιμαστεί με αυτόν τον εξοπλισμό, θα μπορούσατε ενδεχομένως να δείτε ότι η ψηφιακή ένδειξη στην οθόνη αυξάνεται σταδιακά. Αυτό μπορεί να μην σημαίνει απαραίτητα έναν ελαττωματικό πυκνωτή, αλλά αυτό μπορεί να οφείλεται απλώς στη ζεστασιά των δακτύλων μας προκαλώντας οριακή αύξηση της τιμής του πυκνωτή. Ενώ εισάγετε έναν πυκνωτή στις υποδοχές SKI και SK2, φροντίστε να κρατάτε τον πυκνωτή από το σώμα του και όχι τα καλώδια.

Έλεγχος πυκνωτών υψηλής αξίας

Πυκνωτές υψηλής αξίας που δεν βρίσκονται εντός του εύρους αυτού του μετρητή χωρητικότητας LED, θα μπορούσαν να εξεταστούν συνδέοντας τον πυκνωτή υψηλής αξίας σε σειρά με έναν πυκνωτή χαμηλότερης τιμής και, στη συνέχεια, δοκιμάζοντας τη συνολική χωρητικότητα σειράς των δύο μονάδων.

Ας πούμε, θέλουμε να εξετάσουμε έναν πυκνωτή με τιμή 470 μF τυπωμένη πάνω του. Αυτό μπορεί να εφαρμοστεί συνδέοντάς το σε σειρά με πυκνωτή 100μF. Στη συνέχεια, η τιμή του πυκνωτή 470 μF θα μπορούσε να επαληθευτεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 μF

Τα 82,5 μF θα επιβεβαιώσουν ότι τα 470 μF είναι καλά με την τιμή του. Ας υποθέσουμε, αν ο μετρητής δείχνει κάποια άλλη ένδειξη όπως 80 μF, αυτό θα σήμαινε ότι τα 470 μF δεν είναι ΟΚ, καθώς η πραγματική του τιμή θα ήταν τότε:

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

Το αποτέλεσμα δείχνει ότι η δοκιμασμένη υγεία των πυκνωτών 470μF μπορεί να μην είναι πολύ καλή

Οι δύο πρόσθετες υποδοχές (SK3 και SK4) και ο πυκνωτής C6 φαίνονται στο διάγραμμα. Η πρόθεση του SK3 είναι να διευκολύνει την εκφόρτιση των στοιχείων δοκιμής αγγίζοντας τα SK1 και SK3 πριν τα συνδέσετε σε SKI και SK2 για τη μέτρηση.

Αυτό ισχύει μόνο για τους πυκνωτές που ενδέχεται να έχουν την τάση να αποθηκεύουν κάποια υπολειπόμενη φόρτιση όταν αφαιρούνται από ένα κύκλωμα λίγο πριν από τη δοκιμή. Πυκνωτές τύπου υψηλής αξίας και υψηλής τάσης είναι αυτοί που ενδέχεται να είναι ευαίσθητοι σε αυτό το ζήτημα.

Ωστόσο, σε σοβαρές συνθήκες, οι πυκνωτές ενδέχεται να χρειαστεί να απαλλαχθούν απαλά μέσω μιας αντίστασης εξαέρωσης πριν από την αφαίρεσή τους από ένα κύκλωμα. Ο λόγος για τον οποίο περιλαμβάνεται το SK3 είναι να επιτρέπεται η εκφόρτιση του υπό δοκιμή πυκνωτή συνδέοντας μεταξύ SK1 και SK3 πριν από τη δοκιμή τους σε SKI και SK2 για τη μέτρηση.

Το C6 είναι ένας εύχρηστος, έτοιμος προς χρήση, πυκνωτής δείγματος για γρήγορη βαθμονόμηση. Σε περίπτωση που ένας υπό εξέταση πυκνωτής δείχνει κάποια ελαττωματική ανάγνωση, τότε θα μπορούσε να είναι απαραίτητο να αλλάξετε το εύρος 1 και να τοποθετήσετε ένα σύνδεσμο βραχυκυκλωτήρα σε SK2 στο SK4 έτσι ώστε το C6 να συνδεθεί ως πυκνωτής δοκιμής. Στη συνέχεια, ίσως θελήσετε να ελέγξετε εάν υπάρχει νόμιμη τιμή 47nF στις οθόνες.

Ωστόσο, υπάρχει ένα πράγμα που πρέπει να γίνει κατανοητό: Ο μετρητής από μόνος του είναι αρκετά ακριβής μέσα σε λίγα% συν / μείον, εκτός από τις τιμές πυκνωτών σχεδόν ίδιες με την τιμή βαθμονόμησης. Ένα επιπλέον ζήτημα είναι ότι οι μετρήσεις του πυκνωτή μπορεί να εξαρτώνται από τη θερμοκρασία και μερικές εξωτερικές παραμέτρους. Σε περίπτωση που μια ένδειξη χωρητικότητας δείχνει ένα μικρό σφάλμα που υπερβαίνει την τιμή ανοχής του, αυτό πιθανότατα δείχνει ότι το τμήμα είναι εντελώς ΟΚ και δεν είναι καθόλου ελαττωματικό.

Λίστα ανταλλακτικών