Vysvětleny 2 obvody jednoduchého kapacitního měřiče - s použitím IC 555 a IC 74121

V tomto příspěvku budeme hovořit o několika snadných, ale velmi praktických malých obvodech v podobě měřiče kmitočtu a měřiče kapacity pomocí všudypřítomného IC 555.

Jak kondenzátory fungují

Kondenzátory jsou jednou z hlavních elektronických součástek, které spadají do rodiny pasivních součástek.

Ty se značně používají v elektronických obvodech a bez zapojení těchto důležitých částí nelze vytvořit prakticky žádný obvod.

Základní funkcí kondenzátoru je blokovat stejnosměrný proud a procházet střídavým proudem, nebo jednoduše řečeno jakékoli napětí pulzující v přírodě bude moci procházet kondenzátorem a jakékoli napětí, které není polarizované nebo ve formě stejnosměrného proudu, bude blokováno kondenzátor procesem nabíjení.

Další důležitou funkcí kondenzátorů je skladování elektřiny prostřednictvím nabíjení a její dodávka zpět do připojeného obvodu procesem vybíjení.

Výše uvedené dva hlavní funkce kondenzátorů se používají pro implementaci řady rozhodujících operací v elektronických obvodech, které umožňují získávání výstupů podle požadovaných specifikací návrhu.

Nicméně na rozdíl rezistory, kondenzátory je obtížné měřit běžnými metodami.

Například běžný multitester může obsahovat mnoho měřicích funkcí, jako je měřič OHM, voltmetr, ampérmetr, diodový tester, hFE tester atd., Ale nemusí mít iluzivní funkce měření kapacity .

Funkce kapacitního měřiče nebo indukčního měřiče je k dispozici pouze u špičkových typů multimetrů, které rozhodně nejsou levné a ne každý nový fanoušek by mohl mít zájem o jejich pořízení.

Okruh zde diskutovaný velmi efektivně řeší tyto problémy a ukazuje, jak vybudovat jednoduchý levný kapacitní cum měřič frekvence které si může každý elektronický nováček postavit doma a použít je pro zamýšlenou užitečnou aplikaci.

Kruhový diagram

Jak funguje frekvence k detekci kapacity

S odkazem na obrázek tvoří IC 555 srdce celé konfigurace.

Tento všestranný čip pracovního koně je nakonfigurován ve svém nejstandardnějším režimu, kterým je monostabilní režim multivibrátoru.
Každý kladný vrchol pulzu aplikovaný na vstupu, který je pinem č. 2 IC, vytváří stabilní výstup s nějakou předem stanovenou pevnou periodou nastavenou přednastavenou P1.

Avšak při každém poklesu ve špičce pulzu se monostabilní resetuje a automaticky se spustí s dalším přicházejícím vrcholem.

To generuje druh průměrné hodnoty na výstupu IC, který je přímo úměrný frekvenci aplikovaných hodin.

Jinými slovy, výstup IC 555, který se skládá z několika odporů a kondenzátorů, integruje řadu pulzů, aby poskytoval stabilní průměrnou hodnotu přímo úměrnou použitému kmitočtu.

Průměrnou hodnotu lze snadno přečíst nebo zobrazit na měřiči cívky připojeném přes zobrazené body.

Výše uvedené čtení tedy poskytne přímé čtení frekvence, takže máme k dispozici úhledně vypadající měřič frekvence.

Použití frekvence k měření kapacity

Nyní při pohledu na následující obrázek níže jasně vidíme, že přidáním externího frekvenčního generátoru (IC 555 astabilní) k předchozímu obvodu je možné, aby měřič interpretoval hodnoty kondenzátoru napříč uvedenými body, protože tento kondenzátor přímo ovlivňuje nebo je úměrný frekvenci hodinového obvodu.

Čistá hodnota frekvence nyní zobrazená na výstupu bude tedy odpovídat hodnotě kondenzátoru připojeného ve výše diskutovaných bodech.

To znamená, že nyní máme obvod dva v jednom, který dokáže měřit kapacitu i frekvenci pomocí pouze několika integrovaných obvodů a některých neformálních elektronických součástek. S malými úpravami lze obvod snadno použít jako otáčkoměr nebo jako počítadlo otáček.

Seznam dílů

• R1 = 4K7
• R3 = MŮŽE BÝT VARIABILNÍ 100K POT
• R4 = 3K3,
• R5 = 10K,
• R6 = 1K,
• R7 1K,
• R8 = 10K,
• R9, R10 = 100K,
• C1 = 1uF / 25V,
• C2, C3, C6 = 100 n,
• C4 = 33uF / 25V,
• T1 = BC547
• IC1, IC2 = 555,
• M1 = 1V FSD měřič,
• D1, D2 = 1N4148

Kapacitní měřič využívající IC 74121

Tento jednoduchý obvod měřiče kapacity poskytuje 14 lineárně kalibrovaných rozsahů měření kapacity, od 5 pF do 15 uF FSD. S1 se používá jako přepínač rozsahu a pracuje ve spolupráci s S4 (s1 / x10) a S3 (x l) nebo S2 (x3). IC 7413 pracuje jako astabilní oscilátor, společně s R1 a C1 až C6, které fungují jako prvky určující frekvenci.

Tato fáze aktivuje IC 74121 (monostabilní multivibrátor) tak, že generuje asymetrickou obdélníkovou vlnu s opakující se frekvencí, jejíž hodnota je rozhodována částmi R1 a C1 až C6 a s pracovním cyklem podle rozhodnutí R2 (nebo R3) a Cx .

Typická hodnota tohoto čtvercového vlnového napětí se mění lineárně se změnou pracovního cyklu, což se zase lineárně mění na základě hodnoty Cs, hodnoty R2 / R3 (s10 / x I) a frekvence (stanovené Poloha spínače S1).

Přepínače konečného rozsahu rozsahu S3j ..- xl) a 52 (x3) v zásadě vkládají odpor do série s měřičem. Konfigurace kolem vývodů 10 a vývodu 11 IC 74121 a pro Cx musí být co nejkratší a nejpevnější, aby se zajistilo, že zde zbloudilá kapacita bude minimální a bez výkyvů. P5 a P4 se používají pro nezávislou kalibraci nuly pro rozsahy s nízkou kapacitou. Pro všechny vyšší rozsahy stačí kalibrace provedená oresetem P3. F.s.d. kalibrace je poměrně přímočará.

Nejprve nepájejte C6 v obvodu, ale připojte jej přes svorky označené Cx pro neznámý kondenzátor. Umístěte S1 do polohy 3, S4 do polohy x1 a S2 uzavřené (s3), toto se nastaví pro rozsahy 1500 pF f.s.d. Nyní je C6 připraven k použití jako hodnota kalibrační značky. Poté je pot P1 vylepšen, dokud metr nerozluští 2/3 f.s.d. Poté by mohl být S4 přesunut do polohy 'x 10', S2 udržován otevřený a S3 uzavřen (x1), což je v porovnání s 5000 pF f.s.d., při práci s C6 jako neznámým kondenzátorem. Výsledek tohoto kompletního nastavení by měl poskytnout 1/5 fs.d.

Na druhou stranu si můžete pořídit sortiment přesně známých kondenzátorů a použít je napříč body Cx a poté odpovídajícím způsobem upravit různé hrnce pro upevnění kalibrací na číselníku měřiče.

Design PCB

Další jednoduchý, přesto přesný obvod měřiče kapacity

Když je na kondenzátor přivedeno rezistorem konstantní napětí, náboj kondenzátoru se exponenciálně zvyšuje. Pokud je však napájení přes kondenzátor ze zdroje konstantního proudu, náboj na kondenzátoru vykazuje nárůst, který je do značné míry lineární.

Tento princip, ve kterém je kondenzátor nabíjen lineárně, se zde používá v níže diskutovaném jednoduchém kapacitním měřiči. Je navržen tak, aby měřil hodnoty kondenzátorů daleko nad rozsah mnoha podobných analogových měřičů.

Pomocí zdroje konstantního proudu stanoví měřič čas potřebný k doplnění náboje přes neznámý kondenzátor na nějaké známé referenční napětí. Měřič poskytuje 5 rozsahů v plném rozsahu 1,10, 100, 1000 a 10 000 µF. Na stupnici 1 µF lze bez problémů měřit hodnoty kapacity až 0,01 µF.

Jak to funguje.

Jak je znázorněno na obrázku, části D1, D2, R6, Q1 a jeden z odporů napříč R1 až R5 poskytují výběr 5 pro napájení konstantním proudem přes spínač S1A.

Když je S2 držen v indikované poloze, je tento konstantní proud zkratován k zemi přes S2A. Když je S2 přepnut do alternativního výběru, je konstantní proud napájen do testovaného kondenzátoru napříč BP1 a BP2, což nutí náboj kondenzátoru v lineárním režimu.

Operační zesilovač IC1 je připojen jako komparátor se vstupním kolíkem (+) připojeným k R8, který fixuje úroveň referenčního napětí.

Jakmile lineárně rostoucí náboj napříč testovaným kondenzátorem dosáhne o několik milivoltů výše než (-) vstupního kolíku IC1, okamžitě přepne výstup komparátoru z +12 voltů na -12 voltů.

To způsobí, že výstup komparátoru aktivuje zdroj konstantního proudu vyrobený pomocí částí D3, D4, D5, R10, R11 a Q2.

V případě, že pokud je S2A přepnut na zem, stejně jako S2B, bude to mít za následek zkrat svorek kondenzátoru C1, čímž se potenciál přes C1 změní na nulu. Když je S2 v otevřeném stavu, přechod konstantního proudu přes C1 spouští napětí na C1, aby se lineárně zvyšovalo.

Když napětí na zkoušeném kondenzátoru způsobí přepínání komparátoru, výsledkem je, že dioda D6 se změní v předpětí. Tato akce zastaví další nabíjení C1.

Vzhledem k tomu, že nabíjení C1 probíhá pouze do okamžiku, kdy se stav výstupu komparátoru pouze změní, znamená to, že napětí, které se v něm vyvine, by mělo být přímo úměrné kapacitní hodnotě neznámého kondenzátoru.

Aby bylo zajištěno, že se C1 nevybije, zatímco měřič M1 měří své napětí, je pro měřič M1 zabudován vysoce impedanční vyrovnávací stupeň vytvořený pomocí IC2.

Rezistor R13 a měřič M1 představují základní monitor voltmetru s přibližně 1 V FSD. V případě potřeby lze použít dálkový voltmetr za předpokladu, že má rozsah v plném rozsahu pod 8 voltů. (V případě, že použijete tento druh externího měřiče, nezapomeňte nastavit R8 na rozsah 1 µF, aby přesně identifikovaný kondenzátor 1 µF odpovídal odečtu 1 voltu.)

Kondenzátor C2 se používá k vyrovnání oscilace napájení konstantním proudem Q1 a R9 a R12 se používají k ochraně operačních zesilovačů v případě, že dojde k vypnutí napájecího zdroje DC během doby, kdy se testovaný kondenzátor a C1 nabíjejí, nebo jinak by se mohli začít vybíjet přes operační zesilovače, což by vedlo k poškození.

Seznam dílů

Desky desek plošných spojů

Jak kalibrovat

Před napájením obvodu kapacitního měřiče použijte jemný šroubovák k přesnému nastavení jehly měřiče M1 na nulovou úroveň.

Umístěte přesně známý kondenzátor kolem 0,5 a 1,0 µF na +/- 5%. Fungovalo by to jako „značka kalibrační lavice“.

Připojte tento kondenzátor přes BP1 a BP2 (pozitivní strana k BP1). Nastavte přepínač rozsahu S1 do polohy „1“ (měřič by měl zobrazovat 1-µF v plném rozsahu).

Polohou S2 odpojte zemnící vodič od dvou obvodů (kolektor Q1 a Cl). Měřič M1 nyní zahájí upscale pohyb a usadí se na konkrétním odečtu. Přepnutí zpět S2 musí vést k tomu, že měřič spadne dolů na značku nulového napětí. Změňte ještě jednou S2 a potvrďte upscale odečet měřiče.

Alternativně skočte S2 a dolaďte R8, dokud nenajdete měřič zobrazující přesnou hodnotu 5% kalibrace kondenzátoru. Výše uvedené nastavení jedné kalibrace bude pro zbývající rozsahy zcela dostačující.