2 circuite simple de măsurare a capacității explicate - folosind IC 555 și IC 74121

În această postare vom vorbi despre câteva circuite ușoare, dar foarte la îndemână, sub formă de contor de frecvență și contor de capacitate, folosind omniprezentul IC 555.

Cum funcționează condensatoarele

Condensatoarele sunt una dintre principalele componente electronice care intră în familia componentelor pasive.

Acestea sunt utilizate pe scară largă în circuitele electronice și practic nu se poate construi niciun circuit fără a implica aceste părți importante.

Funcția de bază a unui condensator este de a bloca curent continuu și de a trece AC sau, în cuvinte simple, orice tensiune care pulsează în natură va fi permisă să treacă printr-un condensator și orice tensiune care nu este polarizată sau sub forma unui DC va fi blocată de un condensator prin procesul de încărcare.

O altă funcție importantă a condensatoarelor este stocarea energiei electrice prin încărcare și furnizarea înapoi la un circuit atașat prin procesul de descărcare.

Cele două de mai sus funcțiile principale ale condensatoarelor sunt utilizate pentru implementarea unei varietăți de operațiuni cruciale în circuitele electronice care permit obținerea de ieșiri conform specificațiilor necesare proiectării.

Cu toate acestea spre deosebire rezistențe, condensatori sunt dificil de măsurat prin metode obișnuite.

De exemplu, un multitester obișnuit ar putea avea multe caracteristici de măsurare incluse, cum ar fi un contor OHM, voltmetru, ampermetru, tester diodă, tester hFE etc., dar pur și simplu nu ar avea iluzivul caracteristică de măsurare a capacității .

Caracteristica unui contor de capacitate sau a unui inductant este văzută ca fiind disponibilă numai în multimetre de înaltă calitate, care cu siguranță nu sunt ieftine și nu orice nou hobbyist ar putea fi interesat de achiziționarea unuia.

Circuitul discutat aici abordează foarte eficient aceste probleme și arată cum să construim o capacitate simplă și ieftină contor de frecvență care poate fi construit acasă de orice începător electronic și utilizat pentru aplicația utilă intenționată.

Diagrama circuitului

Cum funcționează frecvența pentru a detecta capacitatea

Referindu-ne la figură, IC 555 formează inima întregii configurații.

Acest cip versatil de lucru este configurat în modul său cel mai standard, care este modul multivibrator monostabil.
Fiecare vârf pozitiv al impulsului aplicat la intrarea care este pinul 2 al IC creează o ieșire stabilă cu o anumită perioadă fixă ​​predeterminată setată de presetarea P1.

Cu toate acestea, pentru fiecare cădere în vârful pulsului, resetările monostabile și declanșările automate cu următorul vârf care ajunge.

Aceasta generează un fel de valoare medie la ieșirea CI pentru care este direct proporțională cu frecvența ceasului aplicat.

Cu alte cuvinte, ieșirea IC 555, care constă din câteva rezistențe și condensatori, integrează seria de impulsuri pentru a oferi o valoare medie stabilă direct proporțională cu frecvența aplicată.

Valoarea medie poate fi citită sau afișată cu ușurință pe un contor de bobină în mișcare conectat în punctele afișate.

Deci, citirea de mai sus va da o citire directă a frecvenței, așa că avem la dispoziție un contor de frecvență cu aspect elegant.

Folosirea frecvenței pentru măsurarea capacității

Acum, uitându-ne la următoarea figură de mai jos, putem vedea clar că prin adăugarea unui generator de frecvență extern (IC 555 astabil) la circuitul anterior, devine posibil ca instrumentul să interpreteze valorile unui condensator în punctele indicate, deoarece acest condensator este direct afectează sau este proporțional cu frecvența circuitului ceasului.

Prin urmare, valoarea frecvenței nete prezentate acum la ieșire va corespunde valorii condensatorului conectat la punctele discutate mai sus.

Asta înseamnă că acum avem un circuit doi într-un singur care poate măsura capacitatea, precum și frecvența, folosind doar câteva circuite integrate și câteva piese electronice ocazionale. Cu mici modificări, circuitul poate fi utilizat cu ușurință ca tahometru sau ca echipament de contorizare RPM.

Lista de componente

• R1 = 4K7
• R3 = POATE FI VARIABIL 100K VASEL
• 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 contor FSD,
• D1, D2 = 1N4148

Capacimetru folosind IC 74121

Acest circuit simplu de măsurare a capacității oferă 14 domenii de măsurare a capacității calibrate liniar, de la 5 pF la 15 uF FSD. S1 este utilizat ca switch de gamă și funcționează în colaborare cu S4 (s1 / x10) și S3 (x l) sau S2 (x3). IC 7413 funcționează ca un oscilator astabil, împreună cu R1 și C1 până la C6 care acționează ca elementele de determinare a frecvenței.

Această etapă activează IC 74121 (un multivibrator monostabil) astfel încât să genereze o undă pătrată asimetrică cu o frecvență recurentă, atunci când valoarea este decisă de părțile R1 și C1 până la C6 și cu un ciclu de funcționare așa cum este decis de R2 (sau R3) și Cx .

Valoarea tipică a acestei tensiuni cu undă pătrată se modifică liniar pe măsură ce se schimbă ciclul de funcționare, care la rândul său se modifică liniar pe baza valorii lui Cs, a valorii R2 / R3 (s10 / x I) și a frecvenței (stabilită de Poziția comutatorului S1).

Selectorul de gamă final comută S3j ..- xl) și 52 (x3), în principiu, introduceți un rezistor în serie cu contorul. Configurația în jurul pinilor 10 și pinului 11 al IC 74121 și pentru Cx trebuie să fie la fel de scurtă și rigidă cât este posibil, pentru a se asigura că capacitatea de rătăcire aici este minimă și fără fluctuații. P5 și P4 sunt utilizate pentru calibrarea zero independentă pentru intervale de capacitate redusă. Pentru toate intervalele superioare, calibrarea efectuată de setul de orez P3 este suficientă. F.s.d. calibrarea este destul de simplă.

Nu lipiți inițial C6 în circuit, ci atașați-l la bornele marcate Cx pentru condensatorul necunoscut. Puneți S1 în poziția 3, S4 în poziția x1 și S2 închis (s3) acest lucru este setat pentru intervalele de 1500 pF f.s.d. Acum, C6 devine gata să fie aplicat ca valoare de reper de calibrare. Apoi, potul P1 este modificat până când contorul descifrează 2/3 din f.s.d. Apoi, S4 ar putea fi mutat în poziția 'x 10', S2 ținut deschis și S3 este închis (x1), în comparație cu 5000 pF f.s.d., în timp ce lucrați cu C6 ca condensator necunoscut. Rezultatul pentru aceste seturi complete ar trebui să ofere 1/5 din fs.d.

Pe de altă parte, puteți achiziționa un sortiment de condensatoare cunoscute cu precizie și le puteți utiliza în punctele Cx și apoi reglați diferitele poturi pentru fixarea corectă a calibrărilor pe cadranul contorului.

Design PCB

Un alt circuit simplu, dar precis, de măsurare a capacității

Când o tensiune constantă este aplicată unui condensator printr-un rezistor, sarcina condensatorului crește într-o manieră exponențială. Dar dacă alimentarea unui condensator provine dintr-o sursă de curent constantă, încărcarea condensatorului prezintă o creștere care este aproape liniară.

Acest principiu în care un condensator este încărcat liniar este utilizat aici în contorul de capacitate simplu discutat mai jos. Este proiectat pentru a măsura valorile condensatorului mult peste gama multor contoare analogice similare.

Folosind o sursă de curent constant, contorul stabilește timpul necesar pentru a completa încărcarea peste condensatorul necunoscut la o anumită tensiune de referință cunoscută. Contorul oferă 5 intervale la scară completă de 1,10, 100, 1000 și 10 000 µF. Pe scara 1-µF, valorile capacității de până la 0,01 µF ar putea fi măsurate fără dificultate.

Cum functioneaza.

Așa cum este afișat în figură, părțile D1, D2, R6, Q1 și unul dintre rezistențele de la R1 la R5 oferă selecție 5 pentru alimentarea constantă a curentului prin comutatorul S1A.

Când S2 este ținut în poziția indicată, acest curent constant este scurtcircuitat la masă prin S2A. Când S2 este comutat în selecția alternativă, curentul constant este condus în condensatorul testat, prin BP1 și BP2, care forțează încărcarea condensatorului în modul liniar.

Op amp IC1 este atașat ca un comparator, cu pinul de intrare (+) atașat la R8, care fixează nivelul de tensiune de referință.

De îndată ce încărcarea în creștere liniară a condensatorului supus testului ajunge la câțiva milivolți mai mare decât pinul de intrare (-) al IC1, comută instantaneu ieșirea comparatorului de la +12 volți la -12 volți.

Acest lucru determină ieșirea comparatorului să activeze o sursă de curent constant realizată folosind piesele D3, D4, D5, R10, R11 și Q2.

În cazul în care S2A este comutat la masă, la fel ca S2B, acest lucru duce la scurtcircuitarea bornelor condensatorului C1, transformând potențialul C1 la zero. Cu S2 în stare deschisă, pasarea curentului constant prin C1 declanșează tensiunea pe C1 pentru a crește într-un mod liniar.

Când tensiunea din condensatorul testat determină comutatorul să comute, rezultă ca dioda D6 să se întoarcă invers. Această acțiune oprește încărcarea C1.

Deoarece încărcarea lui C1 se întâmplă doar până la punctul în care starea de ieșire a comparatorului tocmai se schimbă, implică faptul că tensiunea dezvoltată peste el ar trebui să fie direct proporțională cu valoarea capacității condensatorului necunoscut.

Pentru a se asigura că C1 nu se descarcă în timp ce contorul M1 își măsoară tensiunea, o etapă tampon de înaltă impedanță, creată folosind IC2, este încorporată pentru contorul M1.

Rezistorul R13 și contorul M1 constituie un monitor voltmetru de bază de aproximativ 1 V FSD. Când este necesar, ar putea fi utilizat un voltmetru la distanță cu condiția ca acesta să aibă o gamă completă de sub 8 volți. (În cazul în care încorporați acest tip de contor extern, asigurați-vă că setați R8 pe domeniul 1-µF, astfel încât un condensator identificat cu precizie de 1 µF să corespundă unei citiri de 1 volt.)

Condensatorul C2 este utilizat pentru a contracara oscilația alimentării cu curent constant Q1, iar R9 și R12 sunt folosite pentru a proteja amplificatorii op în cazul în care alimentarea CC este oprită în timpul în care condensatorul testat și C1 sunt încărcate sau altfel ar putea începe să descarce prin amplificatoarele op, ducând la o deteriorare.

Lista de componente

Modele PCB

Cum se calibrează

Înainte de a furniza energie circuitului contorului de capacitate, utilizați o șurubelniță fină pentru a regla acul contorului M1 exact la nivelul zero.

Poziționați un condensator cunoscut cu precizie în jur de 0,5 și 1,0 µF la +/- 5%. Acest lucru ar funcționa ca „reper de calibrare”.

Conectați acest condensator la BP1 și BP2 (partea pozitivă la BP1). Reglați comutatorul de distanță S1 la poziția „1” (contorul trebuie să afișeze scala completă 1-µF).

Poziționați S2 pentru a deconecta cablul de masă de la cele două circuite (colector Q1 și Cl). Contorul M1 va începe acum o mișcare de lux și se va așeza la o citire specifică. Comutând S2 înapoi trebuie să se facă ca aparatul să cadă în jos la semnul zero volt. Schimbați încă o dată S2 și confirmați citirea de lux a contorului.

Alternativ, săriți S2 și reglați fin R8 până când găsiți contorul care arată valoarea exactă a 5% din calibrarea condensatorului. Un singur set de calibrare de mai sus va fi suficient pentru intervalele rămase.