Επεξήγησαν 2 απλά κυκλώματα μετρητή χωρητικότητας - Χρήση των IC 555 και IC 74121

Δοκιμάστε Το Όργανο Μας Για Την Εξάλειψη Των Προβλημάτων





Σε αυτήν την ανάρτηση θα μιλήσουμε για μερικά εύκολα αλλά πολύ εύχρηστα μικρά κυκλώματα με τη μορφή μετρητή συχνότητας και μετρητή χωρητικότητας χρησιμοποιώντας το πανταχού παρόν IC 555.

Πώς λειτουργούν οι πυκνωτές

Οι πυκνωτές είναι ένα από τα κύρια ηλεκτρονικά εξαρτήματα που εμπίπτουν στην οικογένεια παθητικών εξαρτημάτων.



Αυτά χρησιμοποιούνται ευρέως σε ηλεκτρονικά κυκλώματα και ουσιαστικά κανένα κύκλωμα δεν μπορεί να κατασκευαστεί χωρίς τη συμμετοχή αυτών των σημαντικών εξαρτημάτων.

Η βασική λειτουργία ενός πυκνωτή είναι να μπλοκάρει DC και να περάσει AC ή με απλά λόγια οποιαδήποτε τάση που είναι παλμική στη φύση θα επιτρέπεται να διέρχεται από έναν πυκνωτή και οποιαδήποτε τάση που δεν είναι πολωμένη ή με τη μορφή DC θα μπλοκαριστεί από ένα πυκνωτής μέσω της διαδικασίας φόρτισης.



Μια άλλη σημαντική λειτουργία των πυκνωτών είναι η αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας μέσω φόρτισης και τροφοδοσίας της σε ένα συνδεδεμένο κύκλωμα με τη διαδικασία εκφόρτισης.

Τα δύο παραπάνω κύριες λειτουργίες των πυκνωτών χρησιμοποιούνται για την εφαρμογή ποικίλων κρίσιμων λειτουργιών σε ηλεκτρονικά κυκλώματα που επιτρέπουν τη λήψη εξόδων σύμφωνα με τις απαιτούμενες προδιαγραφές του σχεδιασμού.

Ωστόσο, σε αντίθεση με αντιστάσεις, πυκνωτές είναι δύσκολο να μετρηθούν μέσω συνηθισμένων μεθόδων.

Για παράδειγμα, ένας συνηθισμένος πολυεστέρας μπορεί να περιλαμβάνει πολλές δυνατότητες μέτρησης, όπως έναν μετρητή OHM, βολτόμετρο, αμπερόμετρο, συσκευή δοκιμής διόδων, δοκιμαστή hFE κ.λπ., αλλά μπορεί να μην έχει το απατηλό χαρακτηριστικό μέτρησης χωρητικότητας .

Το χαρακτηριστικό ενός μετρητή χωρητικότητας ή ενός μετρητή επαγωγιμότητας φαίνεται να είναι διαθέσιμο μόνο σε πολυμέτρα τύπου high-end που σίγουρα δεν είναι φθηνά και δεν μπορεί να ενδιαφέρεται κάθε νέος χομπίστες να αγοράσει ένα.

Το κύκλωμα που συζητήθηκε εδώ αντιμετωπίζει αποτελεσματικά αυτά τα ζητήματα και δείχνει πώς να φτιάξετε ένα απλό φθηνό τελικό χωρητικότητας μετρητής συχνότητας το οποίο μπορεί να κατασκευαστεί στο σπίτι από οποιονδήποτε ηλεκτρονικό αρχάριο και να χρησιμοποιηθεί για την επιδιωκόμενη χρήσιμη εφαρμογή.

Διάγραμμα κυκλώματος

Διάγραμμα κυκλώματος μετρητή συχνότητας με βάση το IC 555

Πώς λειτουργεί η συχνότητα για τον εντοπισμό της χωρητικότητας

Αναφερόμενος στο σχήμα, το IC 555 αποτελεί την καρδιά ολόκληρης της διαμόρφωσης.

Αυτό το πολύπλευρο τσιπ αλόγου εργασίας είναι διαμορφωμένο στην πιο τυπική λειτουργία του, δηλαδή στη λειτουργία monostable multivibrator.
Κάθε θετική κορυφή του παλμού που εφαρμόζεται στην είσοδο που είναι ο πείρος # 2 του IC δημιουργεί μια σταθερή έξοδο με κάποια προκαθορισμένη σταθερή περίοδο που ορίζεται από την προκαθορισμένη P1.

Ωστόσο, για κάθε πτώση στην κορυφή του παλμού, οι μονόστατες επαναφορές και ενεργοποιούνται αυτόματα με την επόμενη κορυφή.

Αυτό δημιουργεί ένα είδος μέσης τιμής στην έξοδο του IC για το οποίο είναι άμεσα ανάλογο με τη συχνότητα του εφαρμοζόμενου ρολογιού.

Με άλλα λόγια, η έξοδος του IC 555 που αποτελείται από μερικές αντιστάσεις και πυκνωτές ενσωματώνει τη σειρά παλμών για να παρέχει μια σταθερή μέση τιμή ευθέως ανάλογη με την εφαρμοζόμενη συχνότητα.

Η μέση τιμή μπορεί εύκολα να διαβαστεί ή να εμφανιστεί πάνω από έναν κινούμενο μετρητή πηνίου συνδεδεμένο στα σημεία που εμφανίζονται.

Έτσι, η παραπάνω ανάγνωση θα δώσει μια άμεση ανάγνωση της συχνότητας, έτσι έχουμε έναν τακτοποιημένο μετρητή συχνότητας στη διάθεσή μας.

Χρήση συχνότητας για μέτρηση χωρητικότητας

Τώρα κοιτάζοντας το επόμενο σχήμα παρακάτω μπορούμε να δούμε ξεκάθαρα ότι με την προσθήκη εξωτερικής γεννήτριας συχνότητας (IC555 astable) στο προηγούμενο κύκλωμα, καθίσταται δυνατό ο μετρητής να ερμηνεύσει τις τιμές ενός πυκνωτή στα σημεία που υποδεικνύονται, επειδή αυτός ο πυκνωτής κατευθείαν επηρεάζει ή είναι ανάλογη με τη συχνότητα του κυκλώματος ρολογιού.

απλό κύκλωμα μετρητή χωρητικότητας βασισμένο στο IC 555

Επομένως, η καθαρή τιμή συχνότητας που εμφανίζεται τώρα στην έξοδο θα αντιστοιχεί στην τιμή του πυκνωτή που είναι συνδεδεμένος στα παραπάνω αναφερόμενα σημεία.

Αυτό σημαίνει τώρα ότι έχουμε ένα κύκλωμα δύο σε ένα που μπορεί να μετρήσει τη χωρητικότητα, καθώς και τη συχνότητα, χρησιμοποιώντας μόνο μερικά IC και μερικά περιστασιακά ηλεκτρονικά μέρη. Με μικρές τροποποιήσεις, το κύκλωμα μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί ως ταχύμετρο ή ως εξοπλισμός μετρητή στροφών.

Λίστα ανταλλακτικών

  • R1 = 4K7
  • R3 = ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΔΙΑΒΙΒΑΣΕΤΑ 100K POT
  • R4 = 3Κ3,
  • R5 = 10Κ,
  • R6 = 1Κ,
  • R7 1Κ,
  • R8 = 10Κ,
  • R9, R10 = 100Κ,
  • C1 = 1uF / 25V,
  • C2, C3, C6 = 100n,
  • C4 = 33uF / 25V,
  • T1 = BC547
  • IC1, IC2 = 555,
  • M1 = 1V FSD μετρητής,
  • D1, D2 = 1N4148

Μετρητής χωρητικότητας με χρήση IC 74121

Αυτό το απλό κύκλωμα μετρητή χωρητικότητας παρέχει 14 γραμμικά βαθμονομημένα εύρη μέτρησης χωρητικότητας, από 5 pF έως 15 uF FSD. Το S1 χρησιμοποιείται ως διακόπτης εύρους και λειτουργεί σε συνεργασία με S4 (s1 / x10) και S3 (x l) ή S2 (x3). Το IC 7413 λειτουργεί σαν αστάθμητος ταλαντωτής, μαζί με τα R1 και C1 έως C6 που δρουν σαν τα στοιχεία καθορισμού συχνότητας.

Αυτό το στάδιο ενεργοποιεί το IC 74121 (ένας μονόστατος πολυ-δονητής) έτσι ώστε να παράγει ένα ασύμμετρο τετραγωνικό κύμα με επαναλαμβανόμενη συχνότητα, καθώς η τιμή αποφασίζεται από τα μέρη R1 και C1 έως C6 και με έναν κύκλο λειτουργίας όπως αποφασίζεται από τα R2 (ή R3) και Cx .

Η τυπική τιμή αυτής της τάσης τετραγωνικού κύματος αλλάζει γραμμικά καθώς ο κύκλος λειτουργίας αλλάζει, ο οποίος με τη σειρά του τροποποιείται γραμμικά με βάση την τιμή Cs, την τιμή R2 / R3 (s10 / x I) και τη συχνότητα (που καθορίζεται από το Θέση διακόπτη S1).

Οι τελικοί διακόπτες επιλογής εύρους S3j ..- xl) και 52 (x3) εισάγουν βασικά μια αντίσταση σε σειρά με το μετρητή. Η διαμόρφωση γύρω από τους πείρους 10 και τον πείρο 11 του IC 74121, και για το Cx πρέπει να είναι τόσο σύντομη και σκληρή όσο είναι εφικτό, για να διασφαλιστεί ότι η χωρητικότητα αδέσποτου εδώ είναι ελάχιστη και χωρίς διακυμάνσεις. Τα P5 και P4 χρησιμοποιούνται για ανεξάρτητη βαθμονόμηση μηδέν για περιοχές χαμηλής χωρητικότητας. Για όλες τις υψηλότερες περιοχές, αρκεί η βαθμονόμηση από το oreset P3. Σ.σ. η βαθμονόμηση είναι μάλλον απλή.

Μην κολλάτε αρχικά το C6 στο κύκλωμα, αλλά μην το συνδέετε πάνω από τους ακροδέκτες με την ένδειξη Cx για τον άγνωστο πυκνωτή. Βάλτε το S1 στη θέση 3, το S4 στη θέση x1 και το S2 κλειστό (s3) αυτό ρυθμίζεται για τις περιοχές 1500 pF f.s.d. Τώρα, το C6 ετοιμάζεται να εφαρμοστεί ως τιμή σημείου πάγκου βαθμονόμησης. Στη συνέχεια, το δοχείο Ρ1 τροποποιείται μέχρι ο μετρητής να αποκρυπτογραφήσει τα 2/3 του f.s.d. Στη συνέχεια, το S4 θα μπορούσε να μετακινηθεί στη θέση «x 10», το S2 να είναι ανοιχτό και το S3 να είναι κλειστό (x1) σε σύγκριση με 5000 pF f.s.d., ενώ συνεργάζεται με το C6 ως τον άγνωστο πυκνωτή. Το αποτέλεσμα για αυτήν την πλήρη εγκατάσταση πρέπει να παρέχει το 1/5 του fs.d.

Από την άλλη πλευρά, μπορείτε να προμηθευτείτε μια σειρά από γνωστούς πυκνωτές με ακρίβεια και να τους χρησιμοποιήσετε στα σημεία Cx και, στη συνέχεια, να προσαρμόσετε τα διάφορα δοχεία για τη σωστή διόρθωση των βαθμονομήσεων στον επιλογέα του μετρητή.

Σχεδιασμός PCB

Ένα άλλο απλό αλλά ακριβές κύκλωμα μετρητή χωρητικότητας

Όταν μια σταθερή τάση εφαρμόζεται σε έναν πυκνωτή μέσω μιας αντίστασης, το φορτίο του πυκνωτή αυξάνεται με εκθετικό τρόπο. Αλλά εάν η τροφοδοσία σε έναν πυκνωτή προέρχεται από μια συνεχή πηγή ρεύματος, η φόρτιση στον πυκνωτή εμφανίζει αυξήσεις που είναι σχεδόν γραμμικές.

Αυτή η αρχή στην οποία ένας πυκνωτής φορτίζεται γραμμικά χρησιμοποιείται εδώ στον παρακάτω αναφερόμενο απλό μετρητή χωρητικότητας. Έχει σχεδιαστεί για τη μέτρηση τιμών πυκνωτή πολύ πέρα ​​από το εύρος πολλών παρόμοιων αναλογικών μετρητών.

Χρησιμοποιώντας παροχή συνεχούς ρεύματος, ο μετρητής καθορίζει το χρόνο που απαιτείται για τη συμπλήρωση της φόρτισης πάνω από τον άγνωστο πυκνωτή σε κάποια γνωστή τάση αναφοράς. Ο μετρητής παρέχει 5 εύρη πλήρους κλίμακας 1,10, 100, 1000 και 10.000 μF. Στην κλίμακα 1-μF, οι τιμές χωρητικότητας τόσο μικρές όσο 0,01 μF θα μπορούσαν να μετρηθούν χωρίς δυσκολία.

Πως δουλεύει.

Όπως φαίνεται στο σχήμα, τα μέρη D1, D2, R6, Q1 και μία από τις αντιστάσεις κατά μήκος των R1 έως R5 παρέχουν 5 επιλογή για την παροχή συνεχούς ρεύματος μέσω του διακόπτη S1A.

Όταν το S2 διατηρείται στην υποδεικνυόμενη θέση, αυτό το σταθερό ρεύμα βραχυκυκλώνεται στη γείωση μέσω του S2A. Όταν το S2 αλλάζει στην εναλλακτική επιλογή, το συνεχές ρεύμα οδηγείται στον υπό δοκιμή πυκνωτή, κατά μήκος των BP1 και BP2, το οποίο αναγκάζει τον πυκνωτή να φορτίσει στη γραμμική λειτουργία.

Το Op amp IC1 είναι συνδεδεμένο σαν ένα συγκριτικό, με τον (+) ακροδέκτη εισόδου του συνδεδεμένο στο R8, το οποίο καθορίζει το επίπεδο τάσης αναφοράς.

Μόλις η γραμμικά αυξανόμενη φόρτιση στον υπό δοκιμή πυκνωτή, φτάσει μερικά millivolts υψηλότερα από τον (-) πείρο εισόδου του IC1, αλλάζει αμέσως την έξοδο του συγκριτή από +12 βολτ σε -12 βολτ.

Αυτό αναγκάζει την έξοδο του συγκριτή να ενεργοποιήσει μια πηγή συνεχούς ρεύματος που κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας τα μέρη D3, D4, D5, R10, R11 και Q2.

Σε περίπτωση που το S2A αλλάξει στη γείωση, όπως και το S2B, αυτό έχει ως αποτέλεσμα το βραχυκύκλωμα των ακροδεκτών C1 του πυκνωτή, μετατρέποντας το δυναμικό σε C1 στο μηδέν. Με το S2 σε ανοικτή κατάσταση, το πέρασμα συνεχούς ρεύματος μέσω C1 ενεργοποιεί την τάση σε C1 να αυξηθεί γραμμικά.

Όταν η τάση στον πυκνωτή υπό δοκιμή προκαλεί εναλλαγή του συγκριτή, έχει ως αποτέλεσμα η δίοδος D6 να γυρίσει την αντίστροφη μεροληψία. Αυτή η ενέργεια σταματά το C1 από το να φορτίζει περαιτέρω.

Δεδομένου ότι η φόρτιση του C1 συμβαίνει μόνο μέχρι το σημείο όπου η κατάσταση εξόδου του συγκριτή μόλις αλλάξει, υπονοεί ότι η τάση που αναπτύσσεται απέναντί ​​της θα πρέπει να είναι άμεσα ανάλογη με την τιμή χωρητικότητας του άγνωστου πυκνωτή.

Για να διασφαλιστεί ότι το C1 δεν εκφορτώνεται ενώ ο μετρητής M1 μετρά την τάση του, ενσωματώνεται ένα ρυθμιστικό υψηλής σύνθετης αντίστασης, που δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας το IC2, για το μετρητή M1

Η αντίσταση R13 και ο μετρητής M1 αποτελούν μια βασική οθόνη βολτόμετρου περίπου 1 V FSD. Όταν χρειάζεται, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ένα απομακρυσμένο βολτόμετρο, υπό την προϋπόθεση ότι διαθέτει εύρος πλήρους κλίμακας κάτω των 8 βολτ. (Σε περίπτωση που ενσωματώσετε αυτόν τον τύπο εξωτερικού μετρητή, βεβαιωθείτε ότι έχετε ρυθμίσει το R8 στην περιοχή 1-μF, έτσι ώστε ένας πυκνωτής 1-μF που προσδιορίζεται με ακρίβεια να αντιστοιχεί σε ένδειξη 1 volt.)

Ο πυκνωτής C2 χρησιμοποιείται για την εξουδετέρωση της ταλάντωσης της τροφοδοσίας σταθερού ρεύματος Q1 και τα R9 και R12 χρησιμοποιούνται για την προστασία των ενισχυτών σε περίπτωση διακοπής της τροφοδοσίας DC κατά τη διάρκεια της φόρτισης του υπό δοκιμή πυκνωτή και του C1, ή αλλιώς θα μπορούσαν να αρχίσουν να αποφορτίζονται μέσω των ενισχυτών, οδηγώντας σε ζημιά.

Λίστα ανταλλακτικών

Σχέδια PCB

Πώς να βαθμονομήσετε

Πριν από την παροχή ισχύος στο κύκλωμα μετρητή χωρητικότητας, χρησιμοποιήστε ένα λεπτό κατσαβίδι για να ρυθμίσετε τη βελόνα M1 του μετρητή ακριβώς στο μηδέν επίπεδο.

Τοποθετήστε έναν ακριβώς γνωστό πυκνωτή περίπου 0,5 και 1,0 μF στο +/- 5%. Αυτό θα λειτουργούσε ως «σήμα πάγκου βαθμονόμησης».

Συνδέστε αυτόν τον πυκνωτή μεταξύ των BP1 και BP2 (θετική πλευρά του BP1). Ρυθμίστε το διακόπτη εύρους S1 στην τοποθέτηση «1» (ο μετρητής πρέπει να εμφανίζει πλήρη κλίμακα 1-μF).

Θέστε το S2 για να αποσυνδέσετε το καλώδιο γείωσης από τα δύο κυκλώματα (συλλέκτης Q1 και Cl). Ο μετρητής M1 θα ξεκινήσει τώρα μια αναβαθμισμένη κίνηση και θα εγκατασταθεί σε μια συγκεκριμένη ένδειξη. Η εναλλαγή του S2 πίσω πρέπει να έχει ως αποτέλεσμα ο μετρητής να πέσει προς τα κάτω στο σημάδι μηδενικών βολτ. Αλλάξτε το S2 για άλλη μια φορά και επιβεβαιώστε την υψηλότερη ένδειξη του μετρητή.

Εναλλακτικά, πηδήξτε S2 και τελειοποιήστε το R8 μέχρι να βρείτε τον μετρητή που δείχνει την ακριβή τιμή του 5% της βαθμονόμησης του πυκνωτή. Η παραπάνω ρύθμιση μίας βαθμονόμησης θα είναι επαρκής για τις υπόλοιπες περιοχές.




Προηγούμενο: Απλό κύκλωμα συναγερμού αυτοκινήτου Επόμενο: Δημιουργία απλών κυκλωμάτων τρανζίστορ