Объяснение 2 простых схем измерителя емкости - Использование IC 555 и IC 74121

В этом посте мы поговорим о паре простых, но очень удобных небольших схем в виде частотомера и измерителя емкости с использованием широко распространенной микросхемы IC 555.

Как работают конденсаторы

Конденсаторы - это один из основных электронных компонентов, входящих в семейство пассивных компонентов.

Они широко используются в электронных схемах, и практически ни одна схема не может быть построена без использования этих важных частей.

Основная функция конденсатора - блокировать постоянный ток и пропускать переменный ток, или, простыми словами, любое пульсирующее по своей природе напряжение может проходить через конденсатор, и любое неполяризованное или постоянное напряжение будет заблокировано конденсатор в процессе зарядки.

Еще одна важная функция конденсаторов - накапливать электричество посредством зарядки и подавать его обратно в подключенную цепь в процессе разрядки.

Вышеупомянутые два основные функции конденсаторов используются для выполнения множества важных операций в электронных схемах, которые позволяют получать выходные сигналы в соответствии с требуемыми спецификациями конструкции.

Однако в отличие от резисторы, конденсаторы трудно измерить обычными методами.

Например, обычный мультитестер может иметь множество функций измерения, включая омметр, вольтметр, амперметр, тестер диодов, тестер hFE и т. Д., Но может просто не иметь иллюзорных функция измерения емкости .

Считается, что функция измерителя емкости или индуктивности доступна только в высококачественных мультиметрах, которые определенно недешевы, и не каждый новый любитель может быть заинтересован в приобретении такого.

Обсуждаемая здесь схема очень эффективно решает эти проблемы и показывает, как построить простой недорогой емкостной накопитель. частотомер который может быть построен дома любым новичком в области электроники и использован для предполагаемого полезного применения.

Принципиальная электрическая схема

Как работает частота для определения емкости

Как видно на рисунке, IC 555 составляет основу всей конфигурации.

Этот универсальный чип рабочей лошади настроен в своем самом стандартном режиме, то есть в режиме моностабильного мультивибратора.
Каждый положительный пик импульса, подаваемого на вход №2 микросхемы IC, создает стабильный выходной сигнал с некоторым заранее определенным фиксированным периодом, установленным предустановкой P1.

Однако при каждом падении пика импульса моностабильный сбрасывается и автоматически запускается со следующим приходом пика.

Это генерирует своего рода среднее значение на выходе ИС, которое прямо пропорционально частоте применяемых часов.

Другими словами, выход IC 555, который состоит из нескольких резисторов и конденсаторов, объединяет серию импульсов, чтобы обеспечить стабильное среднее значение, прямо пропорциональное приложенной частоте.

Среднее значение можно легко прочитать или отобразить с помощью измерителя с подвижной катушкой, подключенного к показанным точкам.

Таким образом, приведенное выше показание даст прямое показание частоты, поэтому в нашем распоряжении есть аккуратный частотомер.

Использование частоты для измерения емкости

Теперь, глядя на следующий рисунок ниже, мы можем ясно видеть, что, добавив внешний генератор частоты (нестабильный IC 555) к предыдущей схеме, становится возможным заставить измеритель интерпретировать значения конденсатора в указанных точках, потому что этот конденсатор напрямую влияет на частоту тактовой схемы или пропорциональна ей.

Следовательно, значение чистой частоты, которое теперь отображается на выходе, будет соответствовать значению конденсатора, подключенного через вышеупомянутые точки.

Это означает, что теперь у нас есть схема «два в одной», которая может измерять как емкость, так и частоту, используя всего пару микросхем и некоторые случайные электронные компоненты. С небольшими изменениями схему можно легко использовать в качестве тахометра или счетчика оборотов.

Список деталей

• R1 = 4K7
• R3 = МОЖЕТ БЫТЬ ПЕРЕМЕННЫМ 100K POT
• R4 = 3K3,
• R5 = 10К,
• R6 = 1К,
• R7 1К,
• R8 = 10К,
• R9, R10 = 100К,
• C1 = 1 мкФ / 25 В,
• C2, C3, C6 = 100n,
• C4 = 33 мкФ / 25 В,
• T1 = BC547
• IC1, IC2 = 555,
• M1 = 1V FSD-метр,
• D1, D2 = 1N4148

Измеритель емкости с использованием микросхемы IC 74121

Эта простая схема измерителя емкости обеспечивает 14 линейно откалиброванных диапазонов измерения емкости от 5 пФ до 15 мкФ полной шкалы. S1 используется как переключатель диапазона и работает совместно с S4 (s1 / x10) и S3 (x l) или S2 (x3). IC 7413 работает как нестабильный генератор вместе с резисторами R1 и C1-C6, которые действуют как элементы определения частоты.

На этом этапе активируется IC 74121 (моностабильный мультивибратор), так что он генерирует асимметричный прямоугольный сигнал с повторяющейся частотой, значение которой определяется частями R1 и C1 - C6, а рабочий цикл определяется R2 (или R3) и Cx. .

Типичное значение этого прямоугольного напряжения изменяется линейно при изменении рабочего цикла, который, в свою очередь, изменяется линейно в зависимости от значения Cs, значения R2 / R3 (s10 / x I) и частоты (установленной Положение переключателя S1).

Последние переключатели диапазонов S3j ..- xl) и 52 (x3) в основном включают резистор последовательно с измерителем. Конфигурация вокруг выводов 10 и 11 IC 74121, а также для Cx должна быть настолько короткой и жесткой, насколько это возможно, чтобы паразитная емкость здесь была минимальной и без колебаний. P5 и P4 используются для независимой калибровки нуля для диапазонов низкой емкости. Для всех более высоких диапазонов калибровки с помощью oreset P3 вполне достаточно. F.s.d. калибровка довольно проста.

Сначала не припаивайте C6 в цепи, а прикрепите его к клеммам, помеченным Cx для неизвестного конденсатора. Поместите S1 в положение 3, S4 в положение x1 и S2 закрыто (s3), это настроит для диапазонов 1500 пФ полной шкалы. Теперь C6 готов к применению в качестве эталонного значения калибровки. Затем горшок P1 настраивается до тех пор, пока измеритель не расшифрует 2/3 полной шкалы. Затем S4 можно переместить в положение «x 10», S2 удерживать открытым, а S3 закрытым (x1), это сравнимо с 5000 пФ полной шкалы при работе с C6 в качестве неизвестного конденсатора. Результат для этой полной настройки должен обеспечить 1/5 полной шкалы.

С другой стороны, вы можете приобрести набор точно известных конденсаторов и использовать их в точках Cx, а затем отрегулировать различные потенциометры для соответствующей фиксации калибровок на шкале измерителя.

Дизайн печатной платы

Еще одна простая, но точная схема измерителя емкости

Когда к конденсатору через резистор подается постоянное напряжение, заряд конденсатора увеличивается экспоненциально. Но если питание через конденсатор происходит от источника постоянного тока, заряд на конденсаторе возрастает в значительной степени линейно.

Этот принцип, по которому конденсатор заряжается линейно, используется здесь в обсуждаемом ниже простом измерителе емкости. Он предназначен для измерения значений конденсаторов, выходящих далеко за пределы диапазона многих аналогичных аналоговых измерителей.

Использование постоянного тока питания, счетчик устанавливает время он требует, чтобы дополнить обвинение по неизвестной емкости к некоторому известному опорному напряжению. Измеритель обеспечивает 5 полномасштабных диапазонов 1,10, 100, 1000 и 10 000 мкФ. На шкале 1 мкФ можно без труда измерить даже малые значения емкости, например 0,01 мкФ.

Как это устроено.

Как показано на рисунке, части D1, D2, R6, Q1 и один из резисторов между R1 и R5 обеспечивают 5 вариантов выбора источника постоянного тока через переключатель S1A.

Когда S2 удерживается в указанном положении, этот постоянный ток замыкается на землю через S2A. Когда S2 переключается в альтернативном выборе, постоянный ток подается в тестируемый конденсатор через BP1 и BP2, что вызывает заряд конденсатора в линейном режиме.

ОУ IC1 присоединен, как компаратор, с его (+) входным контактом, прикрепленный к R8, который фиксирует уровень опорного напряжения.

Как только линейно возрастающий заряд на тестируемом конденсаторе достигает на несколько милливольт выше, чем (-) входной вывод IC1, он мгновенно переключает выход компаратора с +12 вольт на -12 вольт.

Это заставляет выход компаратора активировать источник постоянного тока, созданный с использованием частей D3, D4, D5, R10, R11 и Q2.

В случае, если S2A переключается на землю, как и S2B, это приводит к короткому замыканию выводов конденсатора C1, в результате чего потенциал на C1 становится равным нулю. Когда S2 находится в разомкнутом состоянии, импульс постоянного тока через C1 вызывает линейное увеличение напряжения на C1.

Когда напряжение на тестируемом конденсаторе вызывает переключение компаратора, диод D6 становится смещенным в обратном направлении. Это действие останавливает зарядку C1.

Поскольку зарядка C1 происходит только до тех пор, пока состояние выхода компаратора не изменится, это означает, что напряжение, развиваемое на нем, должно быть прямо пропорционально значению емкости неизвестного конденсатора.

Чтобы гарантировать, что C1 не разряжается, пока измеритель M1 измеряет его напряжение, в измеритель M1 встроен высокоимпедансный буферный каскад, созданный с помощью IC2.

Резистор R13 и измеритель M1 составляют основной монитор вольтметра с напряжением около 1 В полной шкалы. При необходимости можно использовать удаленный вольтметр при условии, что он имеет полный диапазон до 8 вольт. (Если вы используете такой внешний измеритель, обязательно установите R8 на диапазон 1 мкФ, чтобы точно идентифицированный конденсатор 1 мкФ соответствовал показанию 1 вольт.)

Конденсатор C2 используется для противодействия колебаниям источника постоянного тока Q1, а R9 и R12 используются для защиты операционных усилителей в случае отключения источника постоянного тока в то время, когда тестируемый конденсатор и C1 заряжаются, или иначе они могут начать разряжаться через операционные усилители, что приведет к повреждению.

Список деталей

Дизайн печатных плат

Как откалибровать

Перед подачей питания на схему измерителя емкости используйте тонкую отвертку, чтобы точно установить стрелку измерителя M1 на нулевой уровень.

Установите точно известный конденсатор около 0,5 и 1,0 мкФ при +/- 5%. Это будет действовать как «эталон калибровки».

Подключите этот конденсатор к BP1 и BP2 (положительная сторона к BP1). Установите переключатель диапазона S1 в положение «1» (измеритель должен отображать полную шкалу в 1 мкФ).

В положении S2 отсоедините заземляющий провод от двух цепей (коллектор Q1 и Cl). Измеритель M1 начнет движение вверх по шкале и установит определенное значение. Переключение S2 назад должно привести к тому, что счетчик упадет вниз до отметки нуля вольт. Измените S2 еще раз и подтвердите показание счетчика по шкале выше.

В качестве альтернативы перескочите на S2 и настройте R8, пока не найдете измеритель, показывающий точное значение 5% калибровки конденсатора. Вышеупомянутой только одной настройки калибровки будет вполне достаточно для остальных диапазонов.