2 Erklärte einfache Schaltkreise des Kapazitätsmessers - Verwenden von IC 555 und IC 74121

In diesem Beitrag werden wir über einige einfache, aber sehr handliche kleine Schaltkreise in Form eines Frequenz- und Kapazitätsmessers sprechen, die den allgegenwärtigen IC 555 verwenden.

Wie Kondensatoren funktionieren

Kondensatoren sind eine der wichtigsten elektronischen Komponenten, die zur Familie der passiven Komponenten gehören.

Diese werden häufig in elektronischen Schaltungen verwendet, und ohne diese wichtigen Teile kann praktisch keine Schaltung aufgebaut werden.

Die Grundfunktion eines Kondensators besteht darin, Gleichstrom zu blockieren und Wechselstrom durchzulassen, oder in einfachen Worten, jede Spannung, die von Natur aus pulsiert, wird durch einen Kondensator geleitet, und jede Spannung, die nicht polarisiert ist oder die Form eines Gleichstroms hat, wird durch a blockiert Kondensator durch den Ladevorgang.

Eine weitere wichtige Funktion von Kondensatoren besteht darin, Elektrizität durch Laden zu speichern und durch Entladen an einen angeschlossenen Stromkreis zurückzugeben.

Die beiden oben genannten Hauptfunktionen von Kondensatoren werden zur Implementierung einer Vielzahl von entscheidenden Operationen in elektronischen Schaltungen verwendet, die es ermöglichen, Ausgänge gemäß den erforderlichen Spezifikationen des Entwurfs zu erhalten.

Jedoch anders Widerstände, Kondensatoren sind mit gewöhnlichen Methoden schwer zu messen.

Zum Beispiel kann ein gewöhnlicher Multitester viele Messfunktionen wie ein OHM-Messgerät, ein Voltmeter, ein Amperemeter, einen Diodentester, einen hFE-Tester usw. enthalten, aber möglicherweise nicht die Illusion Kapazitätsmessfunktion .

Das Merkmal eines Kapazitätsmessers oder eines Induktivitätsmessers ist nur bei High-End-Multimetern verfügbar, die definitiv nicht billig sind und nicht jeder neue Bastler daran interessiert sein könnte, eines zu beschaffen.

Die hier diskutierte Schaltung geht diese Probleme sehr effektiv an und zeigt, wie ein einfaches, kostengünstiges Kapazitäts-Sperma aufgebaut werden kann Frequenzmesser die von jedem elektronischen Anfänger zu Hause gebaut und für die beabsichtigte nützliche Anwendung verwendet werden kann.

Schaltplan

Funktionsweise der Frequenz zur Ermittlung der Kapazität

Bezugnehmend auf die Abbildung bildet der IC 555 das Herzstück der gesamten Konfiguration.

Dieser vielseitige Arbeitspferd-Chip ist in seinem Standardmodus konfiguriert, dem monostabilen Multivibrator-Modus.
Jede positive Spitze des Impulses, der an den Eingang an Pin 2 des IC angelegt wird, erzeugt einen stabilen Ausgang mit einer vorbestimmten festen Periode, die durch die Voreinstellung P1 eingestellt wird.

Bei jedem Abfall der Spitze des Impulses wird der Monostab jedoch zurückgesetzt und automatisch mit der nächsten ankommenden Spitze ausgelöst.

Dies erzeugt eine Art Durchschnittswert am Ausgang des IC, der direkt proportional zur Frequenz des angelegten Takts ist.

Mit anderen Worten, der Ausgang des IC 555, der aus wenigen Widerständen und Kondensatoren besteht, integriert die Reihe von Impulsen, um einen stabilen Durchschnittswert bereitzustellen, der direkt proportional zur angelegten Frequenz ist.

Der Durchschnittswert kann leicht über ein bewegliches Spulenmessgerät abgelesen oder angezeigt werden, das über die angezeigten Punkte angeschlossen ist.

Der obige Messwert liefert also einen direkten Messwert für die Frequenz, sodass wir einen gut aussehenden Frequenzmesser zur Verfügung haben.

Verwenden der Frequenz zum Messen der Kapazität

Wenn wir uns nun die nächste Abbildung unten ansehen, können wir deutlich sehen, dass durch Hinzufügen eines externen Frequenzgenerators (IC 555 astable) zur vorherigen Schaltung das Messgerät die Werte eines Kondensators über die angegebenen Punkte hinweg interpretieren kann, da dieser Kondensator direkt ist beeinflusst oder ist proportional zur Frequenz der Taktschaltung.

Daher entspricht der jetzt am Ausgang angezeigte Nettofrequenzwert dem Wert des Kondensators, der über die oben diskutierten Punkte angeschlossen ist.

Das heißt, wir haben jetzt eine Zwei-in-Eins-Schaltung, die sowohl Kapazität als auch Frequenz mit nur ein paar ICs und einigen zufälligen elektronischen Teilen messen kann. Mit geringen Änderungen kann die Schaltung leicht als Drehzahlmesser oder als Drehzahlzähler verwendet werden.

Liste der Einzelteile

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

Kapazitätsmesser mit IC 74121

Diese einfache Kapazitätsmessschaltung bietet 14 linear kalibrierte Kapazitätsmessbereiche von 5 pF bis 15 uF FSD. S1 wird als Bereichsschalter verwendet und arbeitet in Zusammenarbeit mit S4 (s1 / x10) und S3 (x1) oder S2 (x3). Der IC 7413 arbeitet wie ein astabiler Oszillator zusammen mit R1 und C1 bis C6, die wie die frequenzbestimmenden Elemente wirken.

Diese Stufe aktiviert den IC 74121 (einen monostabilen Multivibrator), so dass er eine asymmetrische Rechteckwelle mit einer wiederkehrenden Frequenz erzeugt, deren Wert durch die Teile R1 und C1 bis C6 und mit einem Arbeitszyklus gemäß R2 (oder R3) und Cx bestimmt wird .

Der typische Wert dieser Rechteckwellenspannung ändert sich linear, wenn sich das Tastverhältnis ändert, was sich wiederum linear ändert, basierend auf dem Wert von Cs, dem Wert von R2 / R3 (s10 / x I) und der Frequenz (festgelegt durch die S1 Schalterstellung).

Die letzten Bereichswahlschalter S3j ..- xl) und 52 (x3) setzen grundsätzlich einen Widerstand in Reihe mit dem Messgerät ein. Die Konfiguration um die Pins 10 und Pin 11 des IC 74121 und für den Cx muss so kurz und steif wie möglich sein, um sicherzustellen, dass die Streukapazität hier minimal und ohne Schwankungen ist. P5 und P4 werden für die unabhängige Nullkalibrierung für Bereiche mit niedriger Kapazität verwendet. Für alle höheren Bereiche ist die Kalibrierung mit oreset P3 gerade ausreichend. F.s.d. Die Kalibrierung ist ziemlich einfach.

Löten Sie C6 zunächst nicht in den Stromkreis, sondern befestigen Sie es über den mit Cx gekennzeichneten Anschlüssen für den unbekannten Kondensator. Setzen Sie S1 in Position 3, S4 in Position x1 und S2 geschlossen (s3). Dies wird für die Bereiche von 1500 pF f.s.d. Jetzt kann C6 als Kalibrierungsbenchmarkwert verwendet werden. Als nächstes wird der Topf P1 optimiert, bis der Zähler 2/3 von f.s.d. Dann könnte S4 in die Position 'x 10' bewegt werden, S2 offen gehalten und S3 geschlossen (x1), verglichen mit 5000 pF f.s.d., während mit C6 als unbekanntem Kondensator gearbeitet wird. Das Ergebnis für diese vollständige Einrichtung sollte 1/5 von fs.d liefern.

Auf der anderen Seite können Sie eine Auswahl genau bekannter Kondensatoren beschaffen und diese über die Cx-Punkte hinweg verwenden und dann die verschiedenen Töpfe anpassen, um die Kalibrierungen auf dem Messgerät entsprechend zu fixieren.

PCB Design

Eine weitere einfache und dennoch genaue Schaltung des Kapazitätsmessers

Wenn über einen Widerstand eine konstante Spannung an einen Kondensator angelegt wird, steigt die Kondensatorladung exponentiell an. Wenn die Versorgung eines Kondensators jedoch von einer Konstantstromquelle stammt, zeigt die Ladung des Kondensators einen Anstieg, der ziemlich linear ist.

Dieses Prinzip, bei dem ein Kondensator linear geladen wird, wird hier in dem unten diskutierten einfachen Kapazitätsmesser verwendet. Es wurde entwickelt, um Kondensatorwerte zu messen, die weit über den Bereich vieler ähnlicher analoger Messgeräte hinausgehen.

Unter Verwendung einer Konstantstromversorgung ermittelt das Messgerät die Zeit, die erforderlich ist, um die Ladung über den unbekannten Kondensator auf eine bekannte Referenzspannung zu ergänzen. Das Messgerät bietet 5 Skalenbereiche von 1,10, 100, 1000 und 10.000 µF. Auf der 1-µF-Skala konnten Kapazitätswerte von nur 0,01 µF problemlos gemessen werden.

Wie es funktioniert.

Wie in Abbildung dargestellt, bieten die Teile D1, D2, R6, Q1 und einer der Widerstände an R1 bis R5 eine Auswahl für die Konstantstromversorgung über den Schalter S1A.

Wenn S2 in der angegebenen Position gehalten wird, wird dieser konstante Strom durch S2A gegen Masse kurzgeschlossen. Wenn S2 in der alternativen Auswahl geschaltet wird, wird der Konstantstrom über BP1 und BP2 in den zu testenden Kondensator geleitet, wodurch die Kondensatorladung im linearen Modus erzwungen wird.

Der Operationsverstärker IC1 ist wie ein Komparator angeschlossen, wobei sein (+) Eingangspin an R8 angeschlossen ist, wodurch der Referenzspannungspegel festgelegt wird.

Sobald die linear ansteigende Ladung über dem zu testenden Kondensator einige Millivolt höher als der (-) Eingangspin von IC1 ist, schaltet sie den Komparatorausgang sofort von +12 Volt auf -12 Volt um.

Dies bewirkt, dass der Ausgang des Komparators eine Konstantstromquelle aktiviert, die unter Verwendung der Teile D3, D4, D5, R10, R11 und Q2 hergestellt wurde.

Wenn S2A wie S2B auf Masse geschaltet wird, führt dies zu einem Kurzschluss der Kondensatorklemmen C1, wodurch das Potential über C1 auf Null gesetzt wird. Wenn S2 im geöffneten Zustand ist, löst das Konstantstrom-Pasing über C1 aus, dass die Spannung an C1 linear ansteigt.

Wenn die Spannung am zu prüfenden Kondensator das Umschalten des Komparators bewirkt, wird die Diode D6 in Sperrrichtung vorgespannt. Diese Aktion verhindert, dass C1 weiter aufgeladen wird.

Da das Laden von C1 nur bis zu dem Punkt erfolgt, an dem sich der Komparatorausgangsstatus gerade ändert, bedeutet dies, dass die über ihm entwickelte Spannung direkt proportional zum Kapazitätswert des unbekannten Kondensators sein sollte.

Um sicherzustellen, dass sich der C1 nicht entlädt, während das Messgerät M1 seine Spannung misst, ist für das Messgerät M1 eine hochohmige Pufferstufe eingebaut, die mit IC2 erstellt wurde.

Der Widerstand R13 und das Messgerät M1 bilden einen Basis-Voltmeter-Monitor mit etwa 1 V FSD. Bei Bedarf kann ein Fernvoltmeter verwendet werden, sofern es einen Messbereich von unter 8 Volt aufweist. (Wenn Sie diese Art von externem Messgerät verwenden, stellen Sie sicher, dass R8 auf den 1-µF-Bereich eingestellt ist, damit ein genau identifizierter 1-µF-Kondensator einem 1-Volt-Messwert entspricht.)

Der Kondensator C2 wird verwendet, um einer Schwingung der Konstantstromversorgung Q1 entgegenzuwirken, und R9 und R12 werden verwendet, um die Operationsverstärker zu schützen, falls der Versorgungsgleichstrom während der Zeit abgeschaltet wird, in der der zu testende Kondensator und C1 geladen werden, oder Andernfalls könnten sie sich über die Operationsverstärker entladen, was zu einem Schaden führen könnte.

Liste der Einzelteile

PCB Designs

So kalibrieren Sie

Stellen Sie die Nadel des Messgeräts M1 mit einem feinen Schraubendreher genau auf den Nullpegel ein, bevor Sie den Stromkreis des Kapazitätsmessers mit Strom versorgen.

Positionieren Sie einen genau bekannten Kondensator um 0,5 und 1,0 µF bei +/- 5%. Dies würde als 'Kalibrierungsbenchmark' fungieren.

Schließen Sie diesen Kondensator an BP1 und BP2 an (positive Seite an BP1). Stellen Sie den Bereichsschalter S1 auf die Position '1' (das Messgerät sollte 1 µF Skalenendwert anzeigen).

Position S2, um das Erdungskabel von den beiden Stromkreisen (Q1-Kollektor und Cl) zu trennen. Das M1-Messgerät beginnt nun eine gehobene Bewegung und legt einen bestimmten Messwert fest. Das Zurückschalten von S2 muss dazu führen, dass das Messgerät an der Null-Volt-Marke nach unten fällt. Ändern Sie S2 noch einmal und bestätigen Sie den gehobenen Messwert des Messgeräts.

Alternativ können Sie S2 springen und R8 fein einstellen, bis Sie das Messgerät finden, das den genauen Wert von 5% der Kalibrierung des Kondensators anzeigt. Die obige Einstellung von nur einer Kalibrierung ist für die verbleibenden Bereiche völlig ausreichend.