2 eenvoudige capaciteitsmetercircuits uitgelegd - met behulp van IC 555 en IC 74121

In dit bericht zullen we het hebben over een paar eenvoudige maar zeer handige kleine schakelingen in de vorm van een frequentiemeter en een capaciteitsmeter met behulp van de alomtegenwoordige IC 555.

Hoe condensatoren werken

Condensatoren zijn een van de belangrijkste elektronische componenten die onder de familie van passieve componenten vallen.

Deze worden op grote schaal gebruikt in elektronische schakelingen en vrijwel geen schakeling kan worden gebouwd zonder deze belangrijke onderdelen.

De basisfunctie van een condensator is om DC te blokkeren en AC door te geven, of in eenvoudige bewoordingen zal elke spanning die pulserend van aard is, door een condensator gaan en elke spanning die niet gepolariseerd is of in de vorm van een DC wordt geblokkeerd door een condensator tijdens het opladen.

Een andere belangrijke functie van condensatoren is het opslaan van elektriciteit door middel van opladen en het terug leveren aan een aangesloten circuit door het ontladen.

De bovenstaande twee belangrijkste functies van condensatoren worden gebruikt voor het implementeren van een verscheidenheid aan cruciale bewerkingen in elektronische circuits die het mogelijk maken om uitgangen te krijgen volgens de vereiste specificaties van het ontwerp.

Maar in tegenstelling tot weerstanden, condensatoren zijn moeilijk te meten met gewone methoden.

Een gewone multitester kan bijvoorbeeld veel meetfuncties hebben, zoals een OHM-meter, voltmeter, ampèremeter, diodetester, hFE-tester enz., Maar heeft misschien niet de illusoire capaciteit meetfunctie ​

De eigenschap van een capaciteitsmeter of een inductantiemeter blijkt alleen beschikbaar te zijn in high-end type multimeters die zeker niet goedkoop zijn en niet elke nieuwe hobbyist is misschien geïnteresseerd in het aanschaffen ervan.

Het circuit dat hier wordt besproken, pakt deze problemen zeer effectief aan en laat zien hoe je een eenvoudige goedkope capaciteit cum kunt bouwen frequentie meter die thuis door elke elektronische beginner kan worden gebouwd en voor de beoogde nuttige toepassing kan worden gebruikt.

Schakelschema

Hoe frequentie werkt om capaciteit te detecteren

Verwijzend naar de figuur vormt de IC 555 het hart van de gehele configuratie.

Deze veelzijdige chip voor het werkpaard is geconfigureerd in de meest standaardmodus, namelijk de monostabiele multivibratormodus.
Elke positieve piek van de puls die wordt aangelegd aan de ingang die pin # 2 van de IC is, creëert een stabiele uitgang met een vooraf bepaalde vaste periode die is ingesteld door de preset P1.

Maar voor elke val in de piek van de puls, wordt de monostabiele reset gereset en wordt automatisch geactiveerd met de volgende aankomende piek.

Dit genereert een soort gemiddelde waarde aan de uitgang van de IC die recht evenredig is met de frequentie van de toegepaste klok.

Met andere woorden, de output van de IC 555, die bestaat uit een paar weerstanden en condensatoren, integreert de reeks pulsen om een ​​stabiele gemiddelde waarde te leveren die recht evenredig is met de toegepaste frequentie.

De gemiddelde waarde kan gemakkelijk worden afgelezen of weergegeven via een bewegende spoelmeter die over de getoonde punten is aangesloten.

De bovenstaande meting geeft dus een directe uitlezing van de frequentie, dus we hebben een nette frequentiemeter tot onze beschikking.

Frequentie gebruiken om capaciteit te meten

Als we nu naar de volgende figuur hieronder kijken, kunnen we duidelijk zien dat door een externe frequentiegenerator (IC 555 astable) toe te voegen aan het vorige circuit, het mogelijk wordt om de meter de waarden van een condensator over de aangegeven punten te laten interpreteren, omdat deze condensator rechtstreeks beïnvloedt of is evenredig met de frequentie van het klokcircuit.

Daarom zal de netto frequentiewaarde die nu aan de uitgang wordt weergegeven, overeenkomen met de waarde van de condensator die is aangesloten op de hierboven besproken punten.

Dat betekent dat we nu een twee-in-een circuit hebben dat zowel capaciteit als frequentie kan meten, met slechts een paar IC's en wat losse elektronische onderdelen. Met kleine aanpassingen kan het circuit gemakkelijk worden gebruikt als toerenteller of als toerenteller.

Onderdelen lijst

• R1 = 4K7
• R3 = KAN VARIABELE 100K POT ZIJN
• R4 = 3K3,
• R5 = 10K,
• R6 = 1K,
• R7 1K,
• R8 = 10K,
• R9, R10 = 100K,
• C1 = 1uF / 25V,
• C2, C3, C6 = 100 n,
• C4 = 33 uF / 25 V,
• T1 = BC547
• IC1, IC2 = 555,
• M1 = 1V FSD-meter,
• D1, D2 = 1N4148

Capaciteitsmeter met behulp van IC 74121

Deze eenvoudige capaciteitsmeterschakeling biedt 14 lineair gekalibreerde capaciteitsmeetbereiken, van 5 pF tot 15 uF FSD. S1 wordt gebruikt als bereikschakelaar en werkt in samenwerking met S4 (s1 / x10) en S3 (x l) of S2 (x3). De IC 7413 werkt als een astabiele oscillator, samen met R1 en C1 tot C6 die werken als de frequentiebepalende elementen.

Deze fase activeert de IC 74121 (een monostabiele multivibrator) zodat deze een asymmetrische blokgolf genereert met een terugkerende frequentie waarvan de waarde wordt bepaald door de delen R1 en C1 tot C6 en met een duty-cycle zoals bepaald door R2 (of R3) en Cx .

De typische waarde van deze vierkante golfspanning verandert lineair naarmate de duty-cycle wordt gewijzigd, die op zijn beurt lineair wordt aangepast op basis van de waarde van Cs, de waarde van R2 / R3 (s10 / x I) en de frequentie (vastgesteld door de S1 schakelaarstand).

De laatste bereikkeuzeschakelaars S3j ..- xl) en 52 (x3) voegen in feite een weerstand in serie met de meter. De configuratie rond de pinnen 10 en pin 11 van de IC 74121, en voor de Cx, moet zo kort en stijf mogelijk zijn om ervoor te zorgen dat de strooicapaciteit hier minimaal en zonder fluctuaties is. P5 en P4 worden gebruikt voor onafhankelijke nulkalibratie voor lage capaciteitsbereiken. Voor alle hogere bereiken is kalibratie uitgevoerd door oreset P3 net voldoende. F.s.d. kalibratie is vrij eenvoudig.

Soldeer C6 in eerste instantie niet in het circuit, maar bevestig het over de aansluitingen gemarkeerd met Cx voor de onbekende condensator. Zet S1 in positie 3, S4 in positie x1 en S2 gesloten (s3) dit wordt ingesteld voor de bereiken van 1500 pF f.s.d. Nu is C6 klaar om te worden toegepast als een kalibratiebenchmarkwaarde. Vervolgens wordt pot P1 getweaked totdat de meter 2/3 van f.s.d ontcijfert. Vervolgens kan S4 worden verplaatst naar positie 'x 10', S2 wordt opengehouden en S3 wordt gesloten (x1), dit is vergelijkbaar met 5000 pF f.s.d., terwijl wordt gewerkt met C6 als de onbekende condensator. Het resultaat voor deze complete set-up zou 1/5 van fs.d.

Aan de andere kant kunt u een assortiment nauwkeurig bekende condensatoren aanschaffen en deze over de Cx-punten gebruiken en vervolgens de verschillende potten aanpassen om de kalibraties op de meterknop op de juiste manier vast te leggen.

PCB-ontwerp

Nog een eenvoudig maar nauwkeurig circuit voor capaciteitsmeter

Wanneer een constante spanning wordt aangelegd aan een condensator via een weerstand, neemt de lading van de condensator exponentieel toe. Maar als de voeding over een condensator afkomstig is van een constante stroombron, vertoont de lading op de condensator een toename die vrijwel lineair is.

Dit principe waarbij een condensator lineair wordt opgeladen wordt hier gebruikt in de hieronder besproken eenvoudige capaciteitsmeter. Het is ontworpen om condensatorwaarden te meten die ver buiten het bereik van veel vergelijkbare analoge meters liggen.

Met behulp van een constante stroomtoevoer stelt de meter de tijd vast die nodig is om de lading over de onbekende condensator aan te vullen tot een bekende referentiespanning. De meter biedt 5 volledige bereiken van 1,10, 100, 1000 en 10.000 µF. Op de schaal van 1 µF konden capaciteitswaarden zo klein als 0,01 µF zonder problemen worden gemeten.

Hoe het werkt.

Zoals weergegeven in figuur, bieden de delen D1, D2, R6, Q1 en een van de weerstanden over R1 tot R5 selectie 5 voor de constante stroomtoevoer via de schakelaar S1A.

Wanneer S2 in de aangegeven positie wordt gehouden, wordt deze constante stroom via S2A kortgesloten naar aarde. Wanneer S2 in de alternatieve selectie wordt geschakeld, wordt de constante stroom in de te testen condensator gedreven, over BP1 en BP2, waardoor de condensatorlading in de lineaire modus wordt gedwongen.

Opamp IC1 is bevestigd als een comparator, met zijn (+) ingangspen bevestigd aan R8, die het referentiespanningsniveau vaststelt.

Zodra de lineair toenemende lading over de te testen condensator een paar millivolt hoger is dan de (-) ingangspen van IC1, schakelt deze de comparatoruitgang onmiddellijk om van +12 volt naar -12 volt.

Dit zorgt ervoor dat de uitgang van de comparator een bron met constante stroom activeert die is gemaakt met behulp van de onderdelen D3, D4, D5, R10, R11 en Q2.

In het geval dat S2A naar aarde geschakeld wordt, net als S2B, resulteert dit in kortsluiting van de condensator C1 aansluitingen, waardoor de potentiaal over C1 naar nul wordt gedraaid. Met S2 in de open toestand, triggert de constante stroom die via C1 passeert de spanning over C1 om lineair te stijgen.

Wanneer de spanning over de te testen condensator ervoor zorgt dat de comparator omschakelt, wordt de diode D6 in tegengestelde richting voorgespannen. Deze actie voorkomt dat de C1 verder oplaadt.

Aangezien het opladen van C1 alleen plaatsvindt tot het punt waarop de uitgangsstatus van de comparator net omschakelt, impliceert dit dat de spanning die erover wordt ontwikkeld, recht evenredig moet zijn met de capaciteitswaarde van de onbekende condensator.

Om ervoor te zorgen dat de C1 niet ontlaadt terwijl meter M1 zijn spanning meet, is een buffertrap met hoge impedantie, gecreëerd met IC2, opgenomen voor de meter M1.

Weerstand R13 en meter M1 vormen een standaard voltmeter-monitor van ongeveer 1 V FSD. Indien nodig kan een externe voltmeter worden gebruikt, op voorwaarde dat deze een volledig bereik heeft van minder dan 8 volt. (Als u een dergelijke externe meter gebruikt, zorg er dan voor dat u R8 instelt op het bereik van 1 µF, zodat een nauwkeurig geïdentificeerde condensator van 1 µF overeenkomt met een aflezing van 1 volt.)

Condensator C2 wordt gebruikt om oscillatie van de Q1 constante stroomtoevoer tegen te gaan, en R9 en R12 worden gebruikt om de opamps te bewaken voor het geval de DC-voeding wordt uitgeschakeld gedurende de tijd dat de te testen condensator en C1 worden opgeladen, of anders zouden ze kunnen beginnen met ontladen via de opamps, wat tot schade kan leiden.

Onderdelen lijst

PCB-ontwerpen

Hoe te kalibreren

Voordat u stroom toevoert aan het capaciteitsmetercircuit, gebruikt u een fijne schroevendraaier om de M1-naald van de meter precies op nul te stellen.

Plaats een nauwkeurig bekende condensator rond 0,5 en 1,0 µF op +/- 5%. Dit zou functioneren als de ijkbenchmark.

Sluit deze condensator aan over BP1 en BP2 (positieve kant naar BP1). Stel de bereikschakelaar S1 in op '1' positie (meter moet 1 µF volledige schaal weergeven).

Plaats S2 om de massakabel los te koppelen van de twee circuits (Q1 collector en Cl). De M1-meter begint nu met een upscale beweging en vestigt zich op een specifieke meting. Als u S2 terugschakelt, moet de meter naar beneden vallen bij de nulspanningsmarkering. Verander S2 nogmaals en bevestig de upscale aflezing van de meter.

U kunt ook over S2 springen en R8 afstemmen totdat u de meter vindt die de precieze waarde van de 5% van de condensatorkalibratie aangeeft. De bovenstaande enkele kalibratie-instelling is voldoende voor de overige bereiken.