2 enkle kapacitansmåler kredsløb forklaret - Brug af IC 555 og IC 74121

I dette indlæg vil vi tale om et par lette, men meget praktiske små kredsløb i form af frekvensmåler og kapacitansmåler ved hjælp af den allestedsnærværende IC 555.

Sådan fungerer kondensatorer

Kondensatorer er en af ​​de vigtigste elektroniske komponenter, der hører under den passive komponentfamilie.

Disse bruges i vid udstrækning i elektroniske kredsløb, og næsten ingen kredsløb kan bygges uden at involvere disse vigtige dele.

Den grundlæggende funktion af en kondensator er at blokere jævnstrøm og passere vekselstrøm, eller med enkle ord vil enhver spænding, der pulserer i naturen, få lov til at passere gennem en kondensator, og enhver spænding, der ikke er polariseret eller i form af en jævnstrøm, vil blive blokeret af en kondensator gennem opladningsprocessen.

En anden vigtig funktion af kondensatorer er lagring af elektricitet ved opladning og levering af den til et tilsluttet kredsløb ved afladningsprocessen.

Ovenstående to hovedfunktioner for kondensatorer bruges til at implementere en række vigtige operationer i elektroniske kredsløb, som muliggør modtagelse af output i henhold til de krævede specifikationer for designet.

Men i modsætning til modstande, kondensatorer er vanskelige at måle ved hjælp af almindelige metoder.

For eksempel kan en almindelig multitester have mange målefunktioner inkluderet som en OHM-meter, voltmeter, amperemeter, diodetester, hFE-tester osv., Men måske bare ikke har den illusive kapacitansmålefunktion .

Funktionen ved en kapacitansmåler eller en induktansmåler ses kun at være tilgængelig i avancerede multimetertyper, som bestemt ikke er billige, og ikke enhver ny hobbyist kan være interesseret i at skaffe en.

Det kredsløb, der diskuteres her, tackler disse problemer meget effektivt og viser, hvordan man opbygger en simpel billig kapacitanssum frekvensmåler som kan bygges hjemme af enhver elektronisk novice og bruges til den tilsigtede nyttige applikation.

Kredsløbsdiagram

Hvordan frekvens fungerer for at opdage kapacitans

Idet der henvises til figuren, udgør IC 555 hjertet i hele konfigurationen.

Denne alsidige chip til arbejdshest er konfigureret i sin mest standardtilstand, som er den monostabile multivibratortilstand.
Hver positive top af den impuls, der påføres ved indgangen, der er pin nr. 2 på IC, skaber en stabil output med en forudbestemt fast periode indstillet af den forudindstillede P1.

Men for hvert fald i impulstoppen, nulstilles den monostabile og auto-udløser med den næste ankomne top.

Dette genererer en slags gennemsnitsværdi ved udgangen af ​​IC, som er direkte proportional med frekvensen af ​​det anvendte ur.

Med andre ord integrerer udgangen fra IC 555, som består af nogle få modstande og kondensatorer, pulserien for at tilvejebringe en stabil gennemsnitsværdi, der er direkte proportional med den anvendte frekvens.

Den gennemsnitlige værdi kan let læses eller vises over en bevægelig spolemåler, der er forbundet over de viste punkter.

Så ovenstående læsning giver en direkte aflæsning af frekvensen, så vi har en pæn frekvensmåler til vores rådighed.

Brug af frekvens til at måle kapacitans

Når vi ser på den næste figur nedenfor, kan vi tydeligt se, at ved at tilføje en ekstern frekvensgenerator (IC 555 astable) til det forrige kredsløb bliver det muligt at få måleren til at fortolke værdierne på en kondensator på tværs af de angivne punkter, fordi denne kondensator direkte påvirker eller er proportional med frekvens for urkredsløbet.

Derfor vil nettofrekvensværdien, der nu vises ved udgangen, svare til værdien af ​​kondensatoren, der er forbundet over de ovenfor diskuterede punkter.

Det betyder, at vi nu har et to i et kredsløb, der kan måle kapacitans såvel som frekvens ved hjælp af blot et par IC'er og nogle afslappede elektroniske dele. Med små ændringer kan kredsløbet let bruges som omdrejningstæller eller som RPM-tællerudstyr.

Liste over dele

• R1 = 4K7
• R3 = KAN VÆRE VARIABEL 100K POTTE
• 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 meter,
• D1, D2 = 1N4148

Kapacitansmåler ved hjælp af IC 74121

Dette enkle kapacitansmåler kredsløb giver 14 lineært kalibrerede kapacitetsmåleområder, fra 5 pF til 15 uF FSD. S1 er ansat som en områdekontakt og fungerer i samarbejde med S4 (s1 / x10) og S3 (x l) eller S2 (x3). IC 7413 fungerer som en astabel oscillator sammen med R1 og C1 til C6, der fungerer som de frekvensbestemmende elementer.

Dette trin aktiverer IC 74121 (en monostabil multivibrator), så den genererer en asymmetrisk firkantbølge med en tilbagevendende frekvens, hvis værdi bestemmes af delene R1 og C1 til C6 og med en driftscyklus som bestemt af R2 (eller R3) og Cx .

Den typiske værdi af denne firkantede-bølgespænding ændres lineært, når driftscyklussen ændres, hvilket igen ændres lineært baseret på værdien af ​​Cs, værdien af ​​R2 / R3 (s10 / x I) og frekvensen (fastlagt af S1-kontaktposition).

Den endelige områdevælgerkontakter S3j ..- xl) og 52 (x3) indsætter grundlæggende en modstand i serie med måleren. Konfigurationen omkring benene 10 og ben 11 på IC 74121 og for Cx skal være så kort og stiv, som det er muligt, for at sikre, at den herlige kapacitans her er minimal og uden udsving. P5 og P4 anvendes til uafhængig nulkalibrering til områder med lav kapacitans. For alle højere intervaller er kalibrering udført af oreset P3 bare tilstrækkelig. F.s.d. kalibrering er ret ligetil.

Lod ikke oprindeligt lodning C6 i kredsløb, men fastgør det over terminalerne markeret Cx for den ukendte kondensator. Sæt S1 i position 3, S4 i position x1 og S2 lukket (s3), dette bliver sat op til intervaller på 1500 pF f.s.d. Nu bliver C6 klar til at blive anvendt som en kalibreringsbænkværdi. Dernæst justeres potten P1, indtil måleren afkoder 2/3 af f.s.d. Derefter kunne S4 flyttes til position 'x 10', S2 holdes åben og S3 er lukket (x1), dette kan sammenlignes med 5000 pF f.s.d., mens man arbejder med C6 som den ukendte kondensator. Resultatet for denne komplette opsætning skal give 1/5 af fs.d.

På den anden side kan du skaffe et udvalg af nøjagtigt kendte kondensatorer og bruge disse på tværs af Cx-punkterne og derefter justere de forskellige gryder til korrekt fastsættelse af kalibreringerne på målerhjulet.

PCB-design

Et andet simpelt, men alligevel nøjagtigt kapacitansmåler kredsløb

Når der tilføres en konstant spænding til en kondensator gennem en modstand, øges kondensatorladningen på en eksponentiel måde. Men hvis forsyningen over en kondensator er fra en konstant strømkilde, viser opladningen på kondensatoren en stigning, der er temmelig lineær.

Dette princip, hvor en kondensator er opladet lineært, anvendes her i den nedenfor diskuterede enkle kapacitansmåler. Det er designet til at måle kondensatorværdier langt uden for rækkevidden for mange lignende analoge målere.

Ved hjælp af en konstant strømforsyning fastlægger måleren den tid, det tager at supplere opladningen over den ukendte kondensator til en eller anden kendt referencespænding. Måleren giver 5 fuldskalaområder på 1,10, 100, 1000 og 10.000 µF. På 1-µF-skalaen kunne kapacitansværdier så små som 0,01 µF måles uden problemer.

Hvordan det virker.

Som vist i figur tilvejebringer delene D1, D2, R6, Q1 og en af ​​modstandene over R1 til R5 5 valg for den konstante strømforsyning gennem kontakten S1A.

Når S2 holdes i den angivne position, kortsluttes denne konstante strøm til jord gennem S2A. Når S2 skiftes i det alternative valg, drives konstantstrømmen ind i kondensatoren, der testes, over BP1 og BP2, hvilket tvinger kondensatorladningen i lineær tilstand.

Op amp IC1 er tilsluttet som en komparator med sin (+) indgangsstift, der er fastgjort til R8, som fastgør referencespændingsniveauet.

Så snart den lineært stigende opladning over kondensatoren, der testes, når et par millivolt højere end (-) indgangsstift på IC1, skifter den øjeblikkeligt komparatorudgangen fra +12 volt til -12 volt.

Dette får komparatorens output til at aktivere en konstant strømkilde lavet ved hjælp af delene D3, D4, D5, R10, R11 og Q2.

I tilfælde af at S2A skiftes til jord, ligesom S2B, resulterer dette i kortslutning af kondensator C1-terminaler, hvilket drejer potentialet over C1 til nul. Med S2 i åben tilstand udløser den konstante strømforsyning via C1 spændingen over C1 for at stige lineært.

Når spændingen over kondensatoren, der testes, får komparatoren til at skifte, resulterer i, at dioden D6 drejer omvendt forspændt. Denne handling forhindrer C1 i at oplade længere.

Da opladningen af ​​C1 kun sker indtil det punkt, hvor komparatorens udgangsstatus bare skifter, betyder det, at den spænding, der udvikles over den, skal være direkte proportional med kapacitansværdien af ​​den ukendte kondensator.

For at sikre, at C1 ikke aflades, mens måler M1 måler sin spænding, er et højimpedansbuffertrin, oprettet ved hjælp af IC2, inkorporeret til måleren M1.

Modstand R13 og måler M1 udgør en grundlæggende voltmetermonitor på omkring 1 V FSD. Når det er nødvendigt, kunne der anvendes et eksternt voltmeter, forudsat at det har et fuldskalaområde på under 8 volt. (Hvis du inkorporerer denne type eksterne måler, skal du sørge for at indstille R8 på 1-µF-området, så en nøjagtigt identificeret 1 µF-kondensator svarer til en 1 volt-aflæsning.)

Kondensator C2 bruges til at modvirke svingning af Q1 konstant strømforsyning, og R9 og R12 anvendes til at beskytte op-forstærkerne i tilfælde af, at DC-strømforsyningen er slukket i den tid, hvor kondensatoren under test og C1 oplades, eller ellers kunne de begynde at aflade gennem op-forstærkerne, hvilket førte til en skade.

Liste over dele

Printkortdesign

Sådan kalibreres

Inden du tilfører strøm til kapacitansmålerkredsløbet, skal du bruge en fin skruetrækker til at justere måleren M1-nålen nøjagtigt til nulniveauet.

Placer en nøjagtigt kendt kondensator omkring 0,5 og 1,0 µF ved +/- 5%. Dette ville fungere som 'kalibreringsbænkmærke'.

Tilslut denne kondensator på tværs af BP1 og BP2 (positiv side til BP1). Juster områdekontakten S1 til placeringen '1' (måleren skal vise 1 µF fuld skala).

Placer S2 for at afbryde jordledningen fra de to kredsløb (Q1 kollektor og Cl). M1-måleren begynder nu en opskalere bevægelse og sætter sig ved en bestemt aflæsning. Skiftende S2 tilbage skal resultere i, at måleren falder nedad ved nul volt-mærket. Skift S2 igen, og bekræft målerens opskalering.

Alternativt kan du hoppe S2 og finjustere R8, indtil du finder måleren, der viser den nøjagtige værdi af 5% af kondensatorens kalibrering. Ovenstående kun en kalibreringsopsætning vil være tilstrækkelig til de resterende intervaller.