Circuit contor de capacitate LED cu 3 cifre

Acest proiect este încă un alt echipament de testare care poate fi extrem de la îndemână oricărui hobbyist electronic, iar construirea acestei unități poate fi foarte distractivă.

Un contor de capacitate este un echipament de testare foarte util, deoarece permite utilizatorului să verifice un condensator dorit și să confirme relaibilitatea acestuia.

În general, contoarele digitale obișnuite sau standard nu au o capacitate de măsurare a capacității și, prin urmare, un entuziast electronic trebuie să depindă de contoare costisitoare pentru a obține această facilitate.

Circuitul discutat în articolul următor explică un contor de capacitate LED cu 3 cifre, avansat, dar ieftin, care oferă o măsurare rezonabilă de precisă pentru o gamă de condensatoare care sunt utilizate în mod obișnuit în toate circuitele electronice contemporane.

Intervalele de capacitate

Proiectarea circuitului de măsurare a capacității propus oferă un afișaj LED cu 3 cifre și măsoară valorile cu cinci intervale, după cum se indică mai jos:

Gama # 1 = 0 la 9,99nF
Gama # 2 = 0 la 99,9nF
Gama # 3 = 0 la 999nF
Gama # 4 = 0 până la 9,99 µF
Gama # 5 = 0 până la 99,99 µF

Intervalele de mai sus includ majoritatea valorilor standard, cu toate acestea proiectarea nu este capabilă să determine valori extrem de scăzute ale câtorva picofarade sau condensatori electrolitici cu valoare ridicată.

Practic, această limitare nu poate fi prea îngrijorătoare, deoarece condensatoarele cu valoare extrem de scăzută sunt rareori utilizate în circuitele electronice actuale, în timp ce condensatorii mari ar putea fi testați utilizând câteva condensatoare conectate în serie, așa cum va fi descris în detaliu mai târziu în următoarele paragrafe.

Cum functioneaza

Este încorporat un LED de avertizare de depășire pentru a preveni citirile inexacte în cazul în care se alege un domeniu inadecvat. Dispozitivul este condus printr-o baterie de 9 volți și, prin urmare, este absolut portabil.

Figura 2 prezintă schema circuitului pentru oscilatorul de ceas, un oscilator cu frecvență redusă de Hz, controler logic și etape multivibratoare monostabile ale circuitului contorului de capacitate LED.

Etapele contorului / driverului și ale circuitului de deversare sunt prezentate în figura următoare de mai sus.

Privind Figura 2, IC5 este un regulator de tensiune fixă ​​de 5 volți care oferă o ieșire de 5 volți reglată frumos de la sursa bateriei de 9 volți. Întregul circuit folosește această putere reglată de 5 volți pentru funcționare.

Bateria ar trebui să aibă un grad ridicat de mAh, deoarece utilizarea curentă a circuitului este destul de mare la aproximativ 85 mA. Consumul curent ar putea depăși 100 mA ori de câte ori majoritatea cifrelor afișajului 3 sunt iluminate pentru afișare.

Oscilatorul de joasă frecvență este construit în jurul IC2a ​​și IC2b care sunt porți CMOS NOR. Cu toate acestea, în acest circuit special aceste circuite integrate sunt conectate ca invertoare de bază și aplicate printr-o configurare normală CMOS.

Observați că frecvența de lucru a etapei oscilatorului este mult mai mare în comparație cu frecvența cu care sunt furnizate citirile, deoarece acest oscilator trebuie să genereze 10 cicluri de ieșire pentru a permite finalizarea unui singur ciclu de citire.

IC3 și IC4a sunt configurate ca etapă logică de control. IC3, care este un decodor / contor CMOS 4017, include 10 ieșiri (de la 0 la 9). Fiecare dintre aceste ieșiri se ridică, succesiv, pentru fiecare ciclu de ceas de intrare consecutiv. În acest proiect, ieșirea '0' furnizează ceasul de resetare la contoare.

Ieșirea '1' devine ulterior ridicată și comută monostabilul care produce impulsul porții pentru circuitul de ceas / contor. Ieșirile '2' până la '8' sunt neconectate, iar intervalul de timp în care aceste 2 ieșiri se înalță permit un pic de timp, astfel încât pulsul porții să se poată finaliza și să permită contorizarea să se termine.

Ieșirea „9” furnizează semnalul logic care blochează noua citire pe afișajul cu LED-uri, totuși această logică are nevoie de una negativă. Acest lucru se realizează cu IC4a care inversează semnalul de la ieșirea 9 astfel încât să se traducă într-un impuls adecvat.

Multivibratorul monostabil este o versiune standard CMOS care utilizează câteva porți NOR de intrare (IC4b și IC4c). În ciuda faptului că este un design monostabil simplu, acesta oferă caracteristici care îl fac perfect demn de aplicația actuală.

Aceasta este o formă care nu poate fi retriggerată și, ca rezultat, oferă un impuls de ieșire care este mai mic decât impulsul de declanșare generat de IC3. Această funcție este de fapt critică, deoarece atunci când se utilizează un tip reglabil, cea mai mică citire a afișajului poate fi destul de mare.

Capacitatea proprie de proiectare propusă este destul de minimă, ceea ce este esențial, deoarece un grad substanțial de capacitate locală ar putea perturba atributul liniar al circuitului, rezultând o citire a afișajului cea mai mică.

În timpul utilizării, afișajul prototip ar putea fi văzut citind „000” pe toate cele 5 game atunci când nu există condensator conectat între sloturile de testare.

Rezistențele R5 până la R9 funcționează ca rezistențe de selecție a intervalului. Atunci când reduceți rezistența de sincronizare de-a lungul pașilor de zece ani, capacitatea de sincronizare necesară pentru o anumită citire crește în trepte de deceniu.

Dacă considerăm că rezistențele de gamă sunt evaluate cu o toleranță de cel puțin 1%, acest set poate fi de așteptat să furnizeze citiri fiabile. Aceasta înseamnă că este posibil să nu fie necesar ca fiecare gamă să fie calibrată separat.

R1 și S1a sunt conectate pentru a rula segmentul punctului zecimal pe afișajul LED corect, cu excepția gamei 3 (999nF) în care nu este necesară indicarea punctului zecimal. Oscilatorul de ceas este de fapt o configurație obișnuită de 555.

Pot RV1 este utilizat ca regulator de frecvență a ceasului, pentru calibrarea acestui contor de capacitate LED. Ieșirea monostabilă este utilizată pentru controlul pinului 4 al IC 1, iar oscilatorul de ceas va fi activat numai în timp ce perioada de poartă este disponibilă. Această funcție elimină cererea pentru o poartă de semnal independentă.

Acum, verificând Figura 3, descoperim că circuitul contorului este cablat folosind 3 circuite integrate CMOS 4011. Acestea nu sunt de fapt recunoscute din familia logică ideală CMOS, totuși acestea sunt elemente extrem de flexibile, care sunt demne de consum frecvent.

Acestea sunt de fapt configurate ca contoare sus / jos cu intrări de ceas individuale și ieșiri de transport / împrumut. După cum se poate înțelege, potențialul de utilizat în modul contor descendent este lipsit de sens aici, intrarea ceasului în jos este deci legată de linia de alimentare negativă.

Cele trei contoare sunt conectate în ordine pentru a permite un afișaj convențional de 3 cifre. Aici, IC9 este conectat pentru a genera cea mai mică cifră, iar IC7 permite cea mai semnificativă cifră. 4011 include un contor de decenii, un decodor cu șapte segmente și un trepte de blocare / afișare a driverului.

Fiecare IC unic ar putea, din acest motiv, să înlocuiască o opțiune tipică de tip contor / șofer / zăvor TTL cu 3 cipuri. Ieșirile au suficientă putere pentru a ilumina direct orice afișaj LED cu catod comun corespunzător, cu șapte segmente.

În ciuda unei tensiuni reduse de 5 volți, este recomandat să conduceți fiecare segment de afișaj LED printr-un rezistor de limitare a curentului, astfel încât consumul de curent al întregului aparat de măsurare a capacității să fie menținut sub un nivel acceptabil.

Ieșirea „carry” a IC7 se aplică intrării de ceas IC6, adică o divizare de tip D dublă la două flip / flop. Cu toate acestea, în acest circuit special este implementată doar o porțiune a IC. Ieșirea IC6 va comuta de stare numai atunci când există o suprasarcină. Acest lucru implică, dacă supraîncărcarea este semnificativ ridicată, va rezulta multe cicluri de ieșire de la IC7.

Alimentarea directă a indicatorului LED LED1 prin IC6 ar putea fi destul de nepotrivită, deoarece această ieșire poate fi momentană, iar LED-ul poate genera doar câteva iluminări scurte care ar putea trece cu ușurință neobservate.

Pentru a evita această situație, ieșirea IC7 este utilizată pentru a conduce un circuit bistabil de setare / resetare de bază creat prin cablarea unei perechi de porți în mod normal goale ale IC2 și, ulterior, zăvorul comută indicatorul LED LED1. Cele două IC6 și zăvorul sunt resetate de IC3 pentru ca circuitul de deversare să înceapă de la zero ori de câte ori este implementată o nouă citire de test.

Cum să construiești

Construirea acestui circuit de măsurare a capacității de 3 cifre înseamnă doar asamblarea corectă a tuturor pieselor pe aspectul PCB de mai jos.

Amintiți-vă că IC sunt toate tipurile CMOS și, prin urmare, sensibile la electricitatea statică din mâna dvs. Pentru a evita deteriorarea prin electricitate statică se recomandă utilizarea prizelor IC. Țineți IC-urile pe corp și împingeți în prize, fără a atinge știfturile în acest proces.

Calibrare

Înainte de a începe calibrarea acestui circuit de măsurare a capacității LED cu 3 cifre finalizat, poate fi important să folosiți un condensator cu o toleranță strânsă și o magnitudine care să ofere aproximativ 50 până la 100% din întreaga gamă a scalei contorului.

Să ne imaginăm că C6 a fost încorporat în unitate și este aplicat pentru calibrarea contorului. Acum, reglați dispozitivul la intervalul 1 (9,99 nF la scară completă) și introduceți o legătură directă între SK2 și SK4.

Apoi, reglați foarte ușor RV1 pentru a vizualiza citirea corespunzătoare a 4.7nF pe afișaj. Odată ce ați făcut acest lucru, puteți găsi unitatea care afișează citirile corecte corespunzător într-o gamă largă de condensatori.

Cu toate acestea, vă rugăm să nu anticipați că citirile sunt exact exacte. Contorul de capacitate de 3 cifre singur este destul de precis, deși, așa cum am discutat mai devreme, acesta va fi însoțit practic de unele discrepanțe minore.

De ce sunt utilizate 3 afișaje cu LED-uri

Multe condensatoare tind să aibă toleranțe destul de mari, deși o serie de soiuri ar putea include o rată de precizie mai mare de 10%. Practic vorbind, introducerea celei de-a treia cifre a afișajului cu LED-uri ar putea să nu fie justificată în ceea ce privește precizia așteptată, totuși este avantajoasă datorită faptului că extinde eficient cea mai mică capacitate pe care dispozitivul este capabil să o citească într-un deceniu complet.

Testarea condensatoarelor vechi

În cazul în care un condensator vechi este testat cu acest echipament, ați putea vedea că citirea digitală de pe ecran crește treptat. Acest lucru poate să nu însemne neapărat un condensator defect, mai degrabă acest lucru poate fi doar ca urmare a căldurii degetelor noastre care determină creșterea marginală a valorii condensatorului. În timp ce introduceți un condensator în sloturile SKI și SK2, asigurați-vă că țineți condensatorul de corpul său și nu de cabluri.

Testarea condensatorilor cu valoare ridicată

Condensatoarele cu valoare ridicată care nu se încadrează în acest contor de capacitate LED, ar putea fi examinate prin conectarea condensatorului cu valoare ridicată în serie cu un condensator cu valoare mai mică și apoi testarea capacității totale din serie a celor două unități.

Să presupunem că vrem să examinăm un condensator cu o valoare de 470 µF imprimată pe el. Acest lucru poate fi implementat prin atașarea acestuia în serie cu condensator 100µF. Apoi, valoarea condensatorului 470 µF ar putea fi verificată folosind următoarea formulă:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 uF

82,5 µF va confirma că valoarea 470 µF este bună. Dar să presupunem că, dacă contorul arată o altă lectură, cum ar fi 80 µF, asta ar însemna că 470 µF nu este OK, deoarece valoarea sa reală atunci ar fi:

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

Rezultatul indică faptul că sănătatea condensatorului testat de 470µF poate să nu fie foarte bună

Cele două prize suplimentare (SK3 și SK4) și condensatorul C6 pot fi văzute în diagramă. Intenția SK3 este de a facilita descărcarea elementelor de testare atingând SK1 și SK3 înainte de a le conecta la SKI și SK2 pentru măsurare.

Acest lucru se aplică numai acelor condensatori care pot avea tendința de a stoca o anumită încărcare reziduală atunci când sunt scoși dintr-un circuit chiar înainte de testare. Condensatoarele de înaltă tensiune și de înaltă tensiune sunt cele care pot fi susceptibile la această problemă.

Cu toate acestea, în condiții grave, condensatoarele pot fi descărcate ușor printr-un rezistor de purjare înainte de a le scoate dintr-un circuit. Motivul includerii SK3 este de a permite descărcarea condensatorului supus testării prin conectarea între SK1 și SK3 înainte de a le testa pe SKI și SK2 pentru măsurare.

C6 este un condensator de probă la îndemână, gata de utilizare, pentru calibrare rapidă. În cazul în care un condensator testat prezintă o citire defectuoasă, ar putea fi esențial să treceți la domeniul 1 și să puneți o conexiune jumper între SK2 și SK4, astfel încât C6 să fie conectat ca condensator de testare. Apoi, vă recomandăm să verificați dacă pe afișaje este indicată o valoare legitimă de 47nF.

Cu toate acestea, există un lucru care trebuie înțeles: contorul de la sine este destul de precis în câteva% plus / minus, în afară de valorile condensatorului aproape identice cu valoarea de calibrare. O problemă suplimentară este că citirile condensatorului pot depinde de temperatură și de câțiva parametri externi. În cazul în care o citire a capacității arată o ușoară eroare care depășește valoarea sa de toleranță, cel mai probabil indică faptul că piesa este absolut OK și nu este defectă.

Lista de componente