Objašnjena 2 jednostavna kruga mjerača kapaciteta - Korištenje IC 555 i IC 74121

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





U ovom ćemo postu govoriti o nekoliko jednostavnih, ali vrlo zgodnih malih sklopova u obliku mjerača frekvencije i mjerača kapacitivnosti pomoću sveprisutnog IC 555.

Kako rade kondenzatori

Kondenzatori su jedna od glavnih elektroničkih komponenata koje spadaju u obitelj pasivnih komponenata.



Oni se intenzivno koriste u elektroničkim sklopovima i gotovo nijedan sklop ne može se izraditi bez uključivanja ovih važnih dijelova.

Osnovna funkcija kondenzatora je blokiranje istosmjerne struje i propuštanje izmjeničnog napona ili jednostavnim riječima bilo koji napon koji ima pulsirajuću narav moći će proći kroz kondenzator, a svaki napon koji nije polariziran ili je u obliku istosmjerne struje blokirat će kondenzator kroz proces punjenja.



Druga važna funkcija kondenzatora je pohranjivanje električne energije punjenjem i vraćanjem natrag u priključeni krug postupkom pražnjenja.

Gore navedena dva glavne funkcije kondenzatora koriste se za provođenje raznih ključnih operacija u elektroničkim sklopovima koje omogućuju dobivanje izlaza prema potrebnim specifikacijama dizajna.

Međutim za razliku od otpornici, kondenzatori teško je izmjeriti uobičajenim metodama.

Na primjer, obični multitester može imati brojne mjerne značajke poput OHM mjerača, voltmetra, ampermetra, diodnog ispitivača, hFE testera itd., Ali možda jednostavno nema iluzivne značajka za mjerenje kapacitivnosti .

Značajka mjerača kapacitivnosti ili mjerača induktivnosti dostupna je samo u vrhunskim multimetrima koji definitivno nisu jeftini i ne bi svaki novi hobi mogao biti zainteresiran za nabavu.

Ovdje raspravljeni krug vrlo se učinkovito bavi tim problemima i pokazuje kako izgraditi jednostavnu jeftinu spermu kapacitivnosti mjerač frekvencije koju svaki elektronički novak može sagraditi kod kuće i koristiti za predviđenu korisnu aplikaciju.

Kružni dijagram

Dijagram kruga mjerila frekvencije na temelju IC 555

Kako radi frekvencija za otkrivanje kapacitivnosti

Pozivajući se na sliku, IC 555 čini srce cijele konfiguracije.

Ovaj svestrani čip za radne konje konfiguriran je u svom najstandardnijem načinu, tj. Monostabilnom multivibratoru.
Svaki pozitivni vrh impulsa primijenjen na ulazu koji je pin # 2 IC stvara stabilni izlaz s nekim unaprijed određenim fiksnim razdobljem postavljenim unaprijed postavljenim P1.

Međutim, za svaki pad vrha impulsa, monostabilno se resetira i automatski se aktivira sa sljedećim nadolazećim vrhom.

To generira neku vrstu prosječne vrijednosti na izlazu IC-a koja je izravno proporcionalna frekvenciji primijenjenog takta.

Drugim riječima, izlaz IC 555 koji se sastoji od nekoliko otpornika i kondenzatora integrira niz impulsa kako bi se osigurala stabilna prosječna vrijednost izravno proporcionalna primijenjenoj frekvenciji.

Prosječna vrijednost može se lako očitati ili prikazati preko pokretnog mjerača zavojnice spojenog preko prikazanih točaka.

Tako će gornje očitanje dati izravno očitavanje frekvencije, tako da na raspolaganju imamo uredan mjerač frekvencije.

Korištenje frekvencije za mjerenje kapaciteta

Sada, gledajući sljedeću sliku u nastavku, možemo jasno vidjeti da dodavanjem vanjskog generatora frekvencije (IC 555 nepromjenjivog) u prethodni krug, postaje moguće da mjerač interpretira vrijednosti kondenzatora na naznačenim točkama, jer ovaj kondenzator izravno utječe ili je proporcionalan frekvenciji takta.

jednostavan krug mjerača kapacitivnosti na osnovi IC 555

Stoga će neto vrijednost frekvencije koja je sada prikazana na izlazu odgovarati vrijednosti kondenzatora spojenog u gore razmatranim točkama.

To znači da sada imamo dva u jednom krugu koji može mjeriti kapacitet i frekvenciju, koristeći samo nekoliko IC-a i neke slučajne elektroničke dijelove. S malo preinaka sklop se lako može koristiti kao tahometar ili kao brojač okretaja u minuti.

Popis dijelova

  • R1 = 4K7
  • R3 = MOŽE BITI PROMJENJIVI LONAC OD 100 K
  • 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 mjerač,
  • D1, D2 = 1N4148

Mjerač kapaciteta pomoću IC 74121

Ovaj jednostavni krug mjerača kapacitivnosti pruža 14 linearno kalibriranih opsega mjerenja kapaciteta, od 5 pF do 15 uF FSD. S1 se koristi kao prekidač dometa i djeluje u suradnji sa S4 (s1 / x10) i S3 (x l) ili S2 (x3). IC 7413 radi poput nestabilnog oscilatora, zajedno s R1 i C1 do C6 koji djeluju poput elemenata koji određuju frekvenciju.

Ovaj stupanj aktivira IC 74121 (monostabilni multivibrator) tako da generira asimetrični kvadratni val s ponavljajućom frekvencijom, o kojoj vrijednost odlučuju dijelovi R1 i C1 do C6 i s radnim ciklusom prema odluci R2 (ili R3) i Cx .

Tipična vrijednost ovog napona kvadratnog vala linearno se mijenja s promjenom radnog ciklusa, što se pak linearno mijenja na temelju vrijednosti Cs, vrijednosti R2 / R3 (s10 / x I) i frekvencije (utvrđene pomoću Položaj prekidača S1).

Prekidači za odabir konačnog raspona S3j ..- xl) i 52 (x3) u osnovi umetnu otpornik u seriju s brojilom. Konfiguracija oko pinova 10 i pina 11 IC 74121, a za Cx mora biti što je moguće kraća i kruta, kako bi se osiguralo da ovdje zalutali kapacitet bude minimalan i bez fluktuacija. P5 i P4 koriste se za neovisnu kalibraciju nule za opsege niskog kapaciteta. Za sve više domete kalibracija obavljena uređajem P3 sasvim je dovoljna. F.s.d. kalibracija je prilično jednostavna.

Nemojte u početku lemiti C6 u krug, već ga pričvrstite preko stezaljki s oznakom Cx za nepoznati kondenzator. Postavite S1 u položaj 3, S4 u položaj x1 i S2 zatvoreno (s3), ovo se postavlja za opsege od 1500 pF f.s.d. Sada C6 postaje spreman za primjenu kao vrijednost referentne vrijednosti kalibracijske etalone. Zatim se lonac P1 dotjeruje dok mjerač ne dešifrira 2/3 f.s.d. Tada bi se S4 mogao pomaknuti u položaj 'x 10', S2 držati otvorenim i S3 zatvoriti (x1), što se uspoređuje s 5000 pF f.s.d., dok se radi sa C6 kao nepoznatim kondenzatorom. Rezultat ovog kompletnog postavljanja trebao bi osigurati 1/5 fs.d.

S druge strane, možete nabaviti asortiman točno poznatih kondenzatora i koristiti ih preko Cx točaka, a zatim prilagoditi razne lonce za odgovarajuće učvršćivanje kalibracija na brojčaniku.

Dizajn PCB-a

Još jedan jednostavan, ali precizan krug mjerača kapaciteta

Kada se na kondenzator preko otpora primijeni konstantni napon, naboj kondenzatora eksponencijalno se povećava. Ali ako opskrba kondenzatora dolazi iz izvora konstantne struje, naboj na kondenzatoru pokazuje porast koji je prilično linearan.

Ovaj princip u kojem se kondenzator linearno puni ovdje se koristi u dolje opisanom jednostavnom mjeraču kapacitivnosti. Dizajniran je za mjerenje vrijednosti kondenzatora daleko izvan dometa mnogih sličnih analognih brojila.

Koristeći opskrbu konstantnom strujom, brojilo utvrđuje vrijeme potrebno za nadopunu naboja preko nepoznatog kondenzatora do nekog poznatog referentnog napona. Mjerač pruža 5 opsega u punoj skali od 1,10, 100, 1000 i 10 000 µF. Na skali od 1 µF, bez ikakvih poteškoća mogle su se izmjeriti vrijednosti majušnih 0,01 µF.

Kako radi.

Kao što je prikazano na slici, dijelovi D1, D2, R6, Q1 i jedan od otpornika na R1 do R5 pružaju 5 izbora za opskrbu konstantnom strujom preko prekidača S1A.

Kad se S2 drži u naznačenom položaju, ova konstantna struja se kratko spoji na masu kroz S2A. Kada se S2 prebaci u alternativni odabir, konstantna struja se uvodi u kondenzator koji se ispituje, preko BP1 i BP2, što prisiljava punjenje kondenzatora u linearnom načinu rada.

Op amp IC1 pričvršćen je poput usporedbe, sa svojim (+) ulaznim zatičem pričvršćenim za R8, koji popravlja referentnu razinu napona.

Čim linearno rastući naboj na kondenzatoru koji se ispituje dosegne nekoliko milivolti više od (-) ulaznog pina IC1, on trenutno prebacuje izlaz komparatora sa +12 volti na -12 volti.

To uzrokuje da izlaz komparatora aktivira izvor konstantne struje izrađen pomoću dijelova D3, D4, D5, R10, R11 i Q2.

U slučaju da se S2A prebaci na masu, baš kao i S2B, to rezultira kratkim spojem kondenzatorskih C1 stezaljki, okrećući potencijal preko C1 na nulu. Kada je S2 u otvorenom stanju, prolazak konstantne struje preko C1 pokreće linearni napon na C1.

Kada napon na ispitivanom kondenzatoru uzrokuje prebacivanje komparatora, rezultira time da dioda D6 postaje obrnuto pristrana. Ova radnja sprječava daljnje punjenje C1.

Budući da se punjenje C1 događa samo do trenutka kada se status izlaza komparatora samo promijeni, implicira se da napon razvijen na njemu treba biti izravno proporcionalan vrijednosti kapacitivnosti nepoznatog kondenzatora.

Kako bi se osiguralo da se C1 ne isprazni dok mjerač M1 mjeri svoj napon, za mjerač M1 ugrađen je stupanj međuspremnika visoke impedancije, stvoren pomoću IC2.

Otpornik R13 i mjerač M1 čine osnovni monitor voltmetra od oko 1 V FSD. Prema potrebi, mogao bi se upotrijebiti daljinski voltmetar, pod uvjetom da ima opseg ispod 8 volti. (U slučaju da ugrađujete ovu vrstu vanjskog mjerača, pobrinite se da postavite R8 na opseg od 1 µF, tako da točno identificirani kondenzator od 1 µF odgovara očitanju od 1 volta.)

Kondenzator C2 koristi se za suzbijanje osciliranja Q1 napajanja s konstantnom strujom, a R9 i R12 koriste se za zaštitu operativnih pojačala u slučaju da se istosmjerna struja isključi tijekom vremena dok se kondenzator koji se ispituje i C1 puni, ili inače bi se mogli početi isprazniti kroz operativna pojačala, što dovodi do oštećenja.

Popis dijelova

Dizajn PCB-a

Kako kalibrirati

Prije napajanja kruga mjerača kapacitivnosti, finim odvijačem podesite iglu mjerača M1 točno na nultu razinu.

Postavite točno poznati kondenzator oko 0,5 i 1,0 µF na +/- 5%. To bi funkcioniralo kao 'kalibracijska oznaka'.

Spojite ovaj kondenzator na BP1 i BP2 (pozitivna strana na BP1). Podesite prekidač raspona S1 na položaj '1' (mjerač treba prikazati punu skalu od 1 µF).

Položaj S2 odvojite kabel uzemljenja od dva kruga (Q1 kolektor i Cl). Mjerač M1 sada će započeti visokokvalitetno kretanje i podmiriti se pri određenom očitanju. Prebacivanje S2 natrag mora rezultirati padom brojila prema dolje na oznaci nula volta. Još jednom promijenite S2 i potvrdite vrhunsko očitanje brojila.

Alternativno skočite S2 i fino podesite R8 dok ne pronađete mjerač koji pokazuje preciznu vrijednost 5% kalibracije kondenzatora. Gore navedena samo jedna postavka kalibracije bit će sasvim dovoljna za preostale domete.




Prethodno: Jednostavni alarmni krug za automobil Dalje: Izgradite jednostavne tranzistorske krugove