Dette projekt er endnu et testudstyr, der kan være ekstremt praktisk for enhver elektronisk hobbyist, og det kan være meget sjovt at bygge denne enhed.

En kapacitansmåler er et meget nyttigt testudstyr, da det giver brugeren mulighed for at kontrollere en ønsket kondensator og bekræfte dens pålidelighed.

Almindelige eller standard digitale målere har for det meste ingen kapacitansmåler, og derfor er en elektronisk entusiast afhængig af dyre målere for at få denne facilitet.

Kredsløbet, der diskuteres i den følgende artikel, forklarer en avanceret, men billig 3-cifret LED-kapacitansmåler, som giver en rimelig nøjagtig måling af en række kondensatorer, der almindeligvis bruges i alle moderne elektroniske kredsløb.

Kapacitansområder

Det foreslåede kredsløbsdesign med kapacitansmåler giver et 3-cifret LED-display, og det måler værdierne med fem områder som angivet nedenfor:

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

Ovenstående intervaller inkluderer de fleste standardværdier, men designet er ikke i stand til at bestemme ekstremt lave værdier på et par picofarader eller elektrolytiske kondensatorer med høj værdi.

Praktisk talt er denne begrænsning måske ikke for meget bekymrende, da kondensatorer med ekstremt lav værdi sjældent anvendes i nutidens elektroniske kredsløb, mens de store kondensatorer kunne testes ved hjælp af et par serieforbundne kondensatorer, som det vil blive beskrevet i dybden senere i de følgende afsnit.

Hvordan det virker

En advarsels-LED for overløb er indbygget, så unøjagtige målinger forhindres, hvis der vælges et upassende interval. Enheden drives af et 9 volt batteri, og derfor er det absolut bærbart.

Figur 2 viser kredsløbsdiagrammet for uroscillatoren, en lav-Hz-oscillator, en logisk controller og monostabile multivibrator-trin i LED-kapacitansmålerkredsløbet.

Tæller- / driver- og overløbskredsløbet er vist i den næste figur ovenfor.

Ser man på figur 2, er IC5 en 5 volt fast spændingsregulator, der giver et pænt reguleret 5 volt output fra 9 volt batterikilden. Hele kredsløbet bruger denne regulerede 5 volt effekt til funktionen.

Batteriet skal have en høj mAh-vurdering, da den nuværende brug af kredsløbet er ret stor på omkring 85 mA. Det aktuelle forbrug kan gå ud over 100 mA, når de fleste cifre i 3-displayet lyser til visning.

Lavfrekvensoscillatoren er bygget op omkring IC2a og IC2b, der er CMOS NOR-porte. Ikke desto mindre er disse IC'er i dette særlige kredsløb forbundet som grundlæggende invertere og anvendes gennem normal CMOS-astabel opsætning.

Vær opmærksom på, at oscillatortrinets arbejdsfrekvens er meget større sammenlignet med frekvensen, hvormed aflæsningerne leveres, fordi denne oscillator skal generere 10 outputcyklusser for at muliggøre afslutningen af en enkelt aflæsningscyklus.

IC3 og IC4a er konfigureret som kontrollogikfasen. IC3, som er en CMOS 4017 dekoder / tæller, inkluderer 10 udgange ('0' til '9'). Hver af disse udgange går højt efter hinanden for hver enkelt på hinanden følgende indgangsurcyklus. I dette specifikke design leverer '0' nulstillingsuret til tællerne.

Output '1' bliver efterfølgende høj og skifter den monostabile, der producerer portpulsen til ur / tællerkredsløbet. Udgange '2' til '8' er ikke tilsluttet, og tidsintervallet, hvorunder disse 2 udgange bliver høje, muliggør en lille smule tid, så portpulsen kan fuldføres og tillader optællingen at være forbi.

Output '9' leverer det logiske signal, der låser den nye aflæsning over LED-displayet, men denne logik skal være negativ. Dette opnås med IC4a, som inverterer signalet fra udgang 9, så det oversættes til en passende puls.

Den monostabile multivibrator er en standard CMOS-version, der bruger et par 2 input NOR-porte (IC4b og IC4c). På trods af at det er et simpelt monostabilt design, tilbyder det funktioner, der gør det perfekt værdig til den aktuelle applikation.

Dette er en ikke-genudtrækkelig form og giver som et resultat en outputpuls, der er mindre end triggerpulsen genereret fra IC3. Denne funktion er faktisk kritisk, for når en gentriggerbar type bruges, kan den mindste skærmlæsning være ret høj.

Det foreslåede designs egenkapacitans er ret minimal, hvilket er vigtigt, da en betydelig grad af lokal kapacitans kan forstyrre kredsløbets lineære egenskab, hvilket resulterer i en enorm laveste skærmlæsning.

Under brug kunne prototypevisningen ses ved at læse '000' i alle 5 områder, når der ikke er nogen kondensator tilsluttet på tværs af test slots.

Modstande R5 til R9 fungerer som områdevalgsmodstande. Når du formindsker timingmodstanden på tværs af tiårstrin, øges den tidskapacitet, der kræves til en bestemt måling, i årtierne.

Hvis vi mener, at områdemodstande er vurderet med en tolerance på mindst 1%, kan denne opsætning forventes at levere pålidelige aflæsninger. Dette betyder, at det muligvis ikke er nødvendigt, at hvert område kalibreres separat.

R1 og S1a er kablet til at køre decimalsegmentet på det korrekte LED-display, bortset fra område 3 (999nF), hvor en decimaltegn ikke er nødvendig. Uroscillatoren er faktisk en almindelig 555 astabel konfiguration.

Pot RV1 bruges som urfrekvensregulator til kalibrering af denne LED-kapacitansmåler. Den monostabile udgang bruges til styring af pin 4 på IC 1, og uroscillatoren aktiveres kun, mens portperioden er tilgængelig. Denne funktion eliminerer behovet for en uafhængig signalport.

Når vi nu kontrollerer figur 3, finder vi, at tællerkredsløbet er forbundet med 3 CMOS 4011 IC'er. Disse genkendes faktisk ikke fra den ideelle CMOS-logikfamilie, alligevel er disse ekstremt fleksible elementer, der er værd at hyppigt forbrug.

Disse er faktisk konfigureret som op / ned-tællere med individuelle urindgange og bære / låne-udgange. Som det kan forstås, er potentialet for at bruge i ned-tæller-tilstand meningsløst her, down-indgangen er derfor tilsluttet den negative forsyningsledning.

De tre tællere er forbundet i rækkefølge for at tillade et konventionelt 3-cifret display. Her er IC9 kablet til at generere det mindst signifikante ciffer, og IC7 muliggør det mest betydningsfulde ciffer. 4011 inkluderer en tiårs tæller, en syv segment dekoder og en lås / display driver trin.

Hver eneste IC kunne af den grund erstatte en typisk 3-chip TTL-stil tæller / driver / låsemulighed. Udgangene har tilstrækkelig strøm til direkte at belyse ethvert passende fælles katode syv segment LED display.

På trods af en lav spændingsforsyning på 5 volt anbefales det at køre hvert eneste LED-skærmsegment gennem en strømbegrænsende modstand, så strømforbruget for hele kapacitansmålerenheden kan holdes under et acceptabelt niveau.

IC7's 'carry' output anvendes til IC6-urindgangen, det vil sige en dobbelt D-type divideret med to flip / flop. Imidlertid implementeres kun en del af IC i dette kredsløb. IC6-udgangen skifter kun tilstand, når der er overbelastning. Dette indebærer, at hvis overbelastningen er signifikant høj, vil det resultere i mange outputcyklusser fra IC7.

Direkte strømforsyning af LED-indikatoren LED1 til IC6 kan være ganske upassende, fordi denne output kan være kortvarig, og LED'en muligvis muligvis kan generere bare et par korte belysninger, der let kan gå ubemærket hen.

For at undgå denne situation bruges IC7-udgangen til at køre et grundlæggende sæt / nulstil bistabilt kredsløb oprettet ved at koble et par normalt tomme porte til IC2, og derefter skifter låsen LED-indikatorens LED1. De to IC6 og låsen nulstilles af IC3 for at overløbskredsløbet begynder fra bunden, hver gang en ny testlæsning implementeres.

Hvordan man bygger

Konstruktion af dette 3-cifrede kapacitansmåler kredsløb handler kun om at samle alle dele korrekt over nedenstående PCB-layout.

Husk, at IC'et alle er CMOS-typer og derfor følsomme over for statisk elektricitet fra din hånd. For at undgå skader gennem statisk elektricitet anbefales det at bruge IC-stik. Hold IC'erne på deres krop og skub dem ind i stikkene uden at røre ved benene undervejs.

Kalibrering

Før du begynder at kalibrere dette færdige 3-cifrede LED-kapacitansmåler-kredsløb, kan det være vigtigt at anvende en kondensator med en tæt tolerance og en størrelse, der giver ca. 50 til 100% af målerens fulde skalaområde.

Lad os forestille os, at C6 er indarbejdet i enheden og anvendes til at kalibrere måleren. Nu skal du justere enheden til række nr. 1 (9,99 nF fuld skala) og indsætte et direkte link på tværs af SK2 og SK4.

Derefter skal du meget forsigtigt justere RV1 for at visualisere den korrekte læsning af 4.7nF på skærmen. Når dette er gjort, kan du muligvis finde enheden, der viser de tilsvarende korrekte aflæsninger på tværs af en række kondensatorer.

Dog forvent ikke aflæsningerne at være nøjagtige. Den 3-cifrede kapacitansmåler alene er ret præcis, selvom den som beskrevet tidligere praktisk taget vil blive ledsaget af nogle mindre uoverensstemmelser.

Hvorfor 3 LED-skærme bruges

Mange kondensatorer har tendens til at have temmelig store tolerancer, selvom en håndfuld sorter kan omfatte en nøjagtighed på højere end 10%. Praktisk set er introduktionen af det 3. LED-displayciffer muligvis ikke berettiget med hensyn til den forventede præcision, ikke desto mindre er det fordelagtigt på grund af det faktum, at det effektivt udvider den laveste kapacitans, som enheden er i stand til at læse gennem et helt årti.

“fermi-dirac fordelingsfunktion ”

Test af gamle kondensatorer

Hvis en gammel kondensator testes med dette udstyr, kan du muligvis se, at den digitale aflæsning på skærmen gradvist stiger. Dette betyder muligvis ikke nødvendigvis en defekt kondensator, snarere kan dette simpelthen være et resultat af varmen fra vores fingre, der får kondensatorværdien til at stige marginalt. Når du indsætter en kondensator i SKI- og SK2-slots, skal du sørge for at holde kondensatoren ved dens krop og ikke ledningerne.

Test af overrange kondensatorer med høj værdi

Højværdekondensatorer, der ikke er inden for rækkevidden af denne LED-kapacitansmåler, kunne undersøges ved at forbinde højværdikondensatoren i serie med en kondensator med lavere værdi og derefter teste de samlede seriekapaciteter for de to enheder.

Lad os sige, at vi vil undersøge en kondensator med en 470 µF-værdi trykt på den. Dette kan implementeres ved at fastgøre det i serie med 100 µF kondensator. Derefter kunne værdien af kondensatoren 470 µF verificeres ved hjælp af følgende formel:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 µF

82,5 µF vil bekræfte, at 470 µF er fint med sin værdi. Men antag, hvis måleren viser en anden aflæsning såsom 80 µF, ville det betyde, at 470 µF ikke er OK, da dens faktiske værdi derefter ville være:

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

Resultatet indikerer, at den testede kondensator på 470 µF måske ikke er særlig god

De to ekstra stikkontakter (SK3 og SK4) og kondensator C6 kan ses i diagrammet. Hensigten med SK3 er at gøre det let for testelementer at blive afladet ved at røre på tværs af SK1 og SK3, før de plugins over SKI og SK2 til målingen.

Dette gælder kun for de kondensatorer, der kan have en tendens til at gemme en restladning, når de fjernes fra et kredsløb lige før test. Kondensatorer af høj værdi og højspændingstype er dem, der kan være modtagelige for dette problem.

Under alvorlige forhold kan det imidlertid være nødvendigt at aflade kondensatorer forsigtigt via en udluftningsmodstand, før de tages ud af et kredsløb. Årsagen til at inkludere SK3 er at lade kondensatoren under test aflades ved at forbinde på tværs af SK1 og SK3, før de testes over SKI og SK2 til målingen.

C6 er en praktisk prøvekondensator, klar til brug, til hurtig kalibrering. Hvis en kondensator under test viser en vis fejlbehæftet aflæsning, kan det være vigtigt at skifte til område 1 og sætte et jumperlink over SK2 til SK4, så C6 bliver forbundet som testkondensator. Dernæst kan du kontrollere, om der er angivet en legitim værdi på 47nF over skærmene.

Der er dog en ting, der skal forstås: Måleren i sig selv er ret nøjagtig inden for et par% plus / minus, bortset fra kondensatorværdier næsten identiske med kalibreringsværdien. Et yderligere problem er, at kondensatoraflæsningerne kan være afhængige af temperatur og nogle få eksterne parametre. Hvis en kapacitansaflæsning viser en lille fejl, der overstiger dens toleranceværdi, indikerer dette sandsynligvis, at delen er helt OK og på ingen måde er defekt.