2 Objaśnienie prostych obwodów miernika pojemności - za pomocą IC 555 i IC 74121

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





W tym poście porozmawiamy o kilku łatwych, ale bardzo przydatnych małych układach w postaci miernika częstotliwości i miernika pojemności przy użyciu wszechobecnego IC 555.

Jak działają kondensatory

Kondensatory to jedne z głównych elementów elektronicznych należących do rodziny elementów pasywnych.



Są one szeroko stosowane w obwodach elektronicznych i praktycznie żaden obwód nie może zostać zbudowany bez zaangażowania tych ważnych części.

Podstawową funkcją kondensatora jest blokowanie prądu stałego i przepuszczanie prądu przemiennego lub, mówiąc prosto, każde napięcie, które z natury pulsuje, będzie mogło przejść przez kondensator, a każde napięcie, które nie jest spolaryzowane lub w postaci prądu stałego, zostanie zablokowane przez kondensator przez proces ładowania.



Kolejną ważną funkcją kondensatorów jest magazynowanie energii elektrycznej poprzez ładowanie i dostarczanie jej z powrotem do załączonego obwodu w procesie rozładowywania.

Powyższe dwa główne funkcje kondensatorów są wykorzystywane do realizacji różnych kluczowych operacji w obwodach elektronicznych, które umożliwiają uzyskanie wyjść zgodnie z wymaganymi specyfikacjami projektu.

Jednak w przeciwieństwie do rezystory, kondensatory są trudne do zmierzenia zwykłymi metodami.

Na przykład zwykły multitester może mieć wiele funkcji pomiarowych, takich jak miernik OHM, woltomierz, amperomierz, tester diod, tester hFE itp., Ale może po prostu nie mieć złudnego funkcja pomiaru pojemności .

Cecha miernika pojemności lub miernika indukcyjności jest dostępna tylko w wysokiej klasy multimetrach, które zdecydowanie nie są tanie i nie każdy nowy hobbysta może być zainteresowany ich zakupem.

Omawiany tutaj obwód bardzo skutecznie rozwiązuje te problemy i pokazuje, jak zbudować prostą, niedrogą spermę pojemnościową miernik częstotliwości który może zostać zbudowany w domu przez dowolnego nowicjusza w dziedzinie elektroniki i wykorzystany do zamierzonej użytecznej aplikacji.

Schemat obwodu

Schemat obwodu miernika częstotliwości opartego na IC 555

Jak działa częstotliwość w celu wykrycia pojemności

Nawiązując do rysunku, IC 555 stanowi serce całej konfiguracji.

Ten wszechstronny chip roboczy jest skonfigurowany w najbardziej standardowym trybie, czyli trybie monostabilnego multiwibratora.
Każdy dodatni szczyt impulsu zastosowany na wejściu, który jest pinem nr 2 układu scalonego, tworzy stabilne wyjście z pewnym z góry określonym stałym okresem ustawionym przez wstępnie ustawione P1.

Jednak przy każdym spadku szczytu impulsu monostabilny resetuje się i automatycznie uruchamia się z następnym nadchodzącym szczytem.

Generuje to rodzaj średniej wartości na wyjściu układu scalonego, która jest wprost proporcjonalna do częstotliwości zastosowanego zegara.

Innymi słowy, wyjście układu IC 555, które składa się z kilku rezystorów i kondensatorów, integruje szereg impulsów, aby zapewnić stabilną wartość średnią wprost proporcjonalną do zastosowanej częstotliwości.

Średnia wartość może być łatwo odczytana lub wyświetlona na mierniku z ruchomą cewką, podłączonym przez pokazane punkty.

Tak więc powyższy odczyt da bezpośredni odczyt częstotliwości, więc mamy do dyspozycji ładnie wyglądający miernik częstotliwości.

Używanie częstotliwości do pomiaru pojemności

Teraz patrząc na następny rysunek poniżej, możemy wyraźnie zobaczyć, że dodając zewnętrzny generator częstotliwości (IC 555 astable) do poprzedniego obwodu, staje się możliwe, aby miernik zinterpretował wartości kondensatora we wskazanych punktach, ponieważ ten kondensator bezpośrednio wpływa lub jest proporcjonalna do częstotliwości obwodu zegara.

prosty obwód miernika pojemności oparty na IC 555

Dlatego wartość częstotliwości netto pokazana teraz na wyjściu będzie odpowiadać wartości kondensatora podłączonego w wyżej omówionych punktach.

Oznacza to, że teraz mamy obwód dwa w jednym, który może mierzyć pojemność i częstotliwość, używając tylko kilku układów scalonych i kilku zwykłych części elektronicznych. Po niewielkich modyfikacjach obwód można z łatwością wykorzystać jako obrotomierz lub licznik obrotów.

Lista części

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

Miernik pojemności przy użyciu IC 74121

Ten prosty obwód miernika pojemności zapewnia 14 liniowo kalibrowanych zakresów pomiaru pojemności, od 5 pF do 15 uF FSD. S1 jest stosowany jako przełącznik zakresu i współpracuje z S4 (s1 / x10) i S3 (x l) lub S2 (x3). IC 7413 działa jak astabilny oscylator, razem z R1 i C1 do C6, które działają jak elementy określające częstotliwość.

Ten etap aktywuje IC 74121 (monostabilny multiwibrator) tak, że generuje asymetryczną falę prostokątną o powtarzającej się częstotliwości, której wartość jest określona przez części R1 i C1 do C6 oraz z cyklem pracy określonym przez R2 (lub R3) i Cx .

Typowa wartość tego napięcia prostokątnego zmienia się liniowo wraz ze zmianą współczynnika wypełnienia, co z kolei jest modyfikowane liniowo na podstawie wartości Cs, wartości R2 / R3 (s10 / x I) i częstotliwości (ustalonej przez Położenie przełącznika S1).

Końcowe przełączniki wyboru zakresu S3j ..- xl) i 52 (x3) zasadniczo wstawiają rezystor szeregowo z miernikiem. Konfiguracja wokół pinów 10 i 11 układu scalonego 74121 oraz Cx musi być tak krótka i sztywna, jak to tylko możliwe, aby zapewnić, że błądząca pojemność jest tutaj minimalna i bez fluktuacji. P5 i P4 są wykorzystywane do niezależnej kalibracji zera dla niskich zakresów pojemności. Dla wszystkich wyższych zakresów wystarczy kalibracja wykonana przez Oreset P3. F.s.d. kalibracja jest raczej prosta.

Nie lutuj początkowo C6 w obwodzie, ale podłącz go do zacisków oznaczonych Cx dla nieznanego kondensatora. Ustaw S1 w pozycji 3, S4 w pozycji x1 i S2 zamknięte (s3) to zostanie ustawione na zakresy 1500 pF f.s.d. Teraz C6 jest gotowy do zastosowania jako wartość wzorcowa kalibracji. Następnie potencjometr P1 jest podkręcany, aż miernik odszyfruje 2/3 f.s.d. Następnie S4 może zostać przesunięty do pozycji „x 10”, S2 pozostaje otwarty, a S3 jest zamknięty (x1), co porównuje się z 5000 pF f.s.d., podczas pracy z C6 jako nieznanym kondensatorem. Wynik dla tych kompletnych ustawień powinien zapewnić 1/5 FS.d.

Z drugiej strony możesz nabyć asortyment dokładnie znanych kondensatorów i użyć ich w punktach Cx, a następnie wyregulować różne naczynia do odpowiedniego ustalenia kalibracji na tarczy miernika.

Projektowanie PCB

Kolejny prosty, ale dokładny obwód miernika pojemności

Kiedy napięcie stałe jest przyłożone do kondensatora przez rezystor, ładunek kondensatora rośnie wykładniczo. Ale jeśli zasilanie kondensatora pochodzi ze źródła prądu stałego, ładunek kondensatora wykazuje wzrost, który jest prawie liniowy.

Ta zasada, zgodnie z którą kondensator jest ładowany liniowo, jest używana tutaj w omówionym poniżej prostym mierniku pojemności. Przeznaczony jest do pomiaru wartości kondensatorów znacznie wykraczających poza zakres wielu podobnych mierników analogowych.

Korzystając ze źródła prądu stałego, miernik ustala czas potrzebny do uzupełnienia ładunku przez nieznany kondensator do pewnego znanego napięcia odniesienia. Miernik zapewnia 5 pełnowymiarowych zakresów 1,10, 100, 1000 i 10 000 µF. W skali 1-µF można było bez trudu zmierzyć tak małe wartości jak 0,01 µF.

Jak to działa.

Jak pokazano na rysunku, części D1, D2, R6, Q1 i jeden z rezystorów między R1 do R5 zapewniają 5 opcji wyboru zasilania prądem stałym przez przełącznik S1A.

Gdy S2 jest utrzymywany we wskazanym położeniu, ten stały prąd jest zwarty do masy przez S2A. Kiedy S2 jest przełączany w alternatywnym wyborze, stały prąd jest doprowadzany do testowanego kondensatora, poprzez BP1 i BP2, co wymusza ładowanie kondensatora w trybie liniowym.

Wzmacniacz operacyjny IC1 jest podłączony jak komparator, z pinem wejściowym (+) podłączonym do R8, co ustala poziom napięcia odniesienia.

Gdy liniowo rosnący ładunek na testowanym kondensatorze osiągnie o kilka miliwoltów więcej niż (-) pin wejściowy układu IC1, natychmiast przełącza wyjście komparatora z +12 V na -12 V.

Powoduje to, że wyjście komparatora aktywuje źródło prądu stałego wykonane z części D3, D4, D5, R10, R11 i Q2.

W przypadku przełączenia S2A do masy, tak jak S2B, powoduje to zwarcie zacisków kondensatora C1, zmieniając potencjał na C1 do zera. Gdy S2 jest w stanie otwartym, prąd stały przepływający przez C1 wyzwala liniowy wzrost napięcia na C1.

Kiedy napięcie na badanym kondensatorze powoduje przełączenie komparatora, powoduje to, że dioda D6 obraca się z polaryzacją wsteczną. Ta czynność uniemożliwia dalsze ładowanie C1.

Ponieważ ładowanie C1 odbywa się tylko do momentu, w którym stan wyjścia komparatora zmienia się, oznacza to, że napięcie powstające na nim powinno być bezpośrednio proporcjonalne do wartości pojemności nieznanego kondensatora.

Aby zapewnić, że C1 nie rozładuje się, podczas gdy miernik M1 mierzy swoje napięcie, do miernika M1 wbudowano stopień buforowy o wysokiej impedancji, utworzony za pomocą IC2.

Rezystor R13 i miernik M1 stanowią podstawowy miernik woltomierza około 1 V FSD. W razie potrzeby można zastosować zdalny woltomierz, pod warunkiem, że ma on pełen zakres poniżej 8 woltów. (W przypadku podłączenia tego rodzaju miernika zewnętrznego, upewnij się, że ustawiłeś R8 na zakres 1-µF, tak aby dokładnie zidentyfikowany kondensator 1-µF odpowiadał odczytowi 1 wolta).

Kondensator C2 jest używany do przeciwdziałania oscylacjom źródła prądu stałego Q1, a R9 i R12 są wykorzystywane do ochrony wzmacniaczy operacyjnych w przypadku wyłączenia zasilania DC w czasie, gdy testowany kondensator i C1 są ładowane, lub w przeciwnym razie mogłyby zacząć rozładowywać się przez wzmacniacze operacyjne, prowadząc do uszkodzenia.

Lista części

Projekty PCB

Jak skalibrować

Przed podłączeniem zasilania do obwodu miernika pojemności należy precyzyjnym wkrętakiem ustawić wskazówkę miernika M1 na zero.

Ustaw dokładnie znany kondensator w okolicy 0,5 i 1,0 µF przy +/- 5%. Funkcjonowałby jako „punkt odniesienia do kalibracji”.

Podłącz ten kondensator do BP1 i BP2 (strona dodatnia do BP1). Ustaw przełącznik zakresu S1 w pozycji „1” (miernik powinien wyświetlać pełną skalę 1-µF).

Ustawić S2, aby odłączyć przewód uziemiający od dwóch obwodów (kolektor Q1 i Cl). Miernik M1 rozpocznie teraz zwiększanie skali i ustabilizuje się na określonym odczycie. Przełączenie S2 z powrotem musi spowodować, że miernik spadnie w dół do znaku zerowego napięcia. Zmień S2 jeszcze raz i potwierdź wyższy odczyt licznika.

Alternatywnie przeskocz na S2 i dostrój R8, aż znajdziesz miernik pokazujący dokładną wartość 5% kalibracji kondensatora. Powyższe tylko jedno ustawienie kalibracji będzie wystarczające dla pozostałych zakresów.




Poprzedni: Prosty obwód alarmu włamaniowego samochodu Dalej: Zbuduj proste obwody tranzystorowe