След като намерих статия в интернет цифровия измервател на капацитет, исках да създам този измервателен уред. Микроконтролерът AT90S2313 обаче не беше под ръка и LED индикаторис общ анод. Но имаше ATMEGA16 в DIP пакет и четирицифрен седемсегментен течнокристален индикатор. Изходите на микроконтролера бяха достатъчни, за да го свържете директно към LCD. Така измервателният уред е опростен само до една микросхема (всъщност има втора - регулатор на напрежението), един транзистор, диод, шепа резисторни кондензатори, три конектора и бутон.Уредът се оказа да е компактен и лесен за използване. Сега нямам въпроси относно това как да измеря капацитета на кондензатор. Това е особено важно за SMD кондензатори с капацитет от няколко пикофарада (и дори части от пикофарада), които винаги проверявам преди запояване в която и да е платка. Сега се произвеждат много настолни и преносими измервателни уреди, чиито производители твърдят, че имат по-ниска граница на измерване на капацитета от 0,1 pF и достатъчна точност за измерване на такива малки капацитети. В много от тях обаче измерванията се извършват на доста ниска честота (няколко килохерца). Въпросът е възможно ли е да се получи приемлива точност на измерване при такива условия (дори и да се включи по-голям кондензатор паралелно на измервания)? Освен това в интернет можете да намерите доста клонинги на RLC измервателната верига на микроконтролер и операционен усилвател (този с електромагнитно реле и едно- или двуредов LCD). Въпреки това, не е възможно да се измерват малките капацитети "по човешки начин" с такива устройства. За разлика от много други, този измервателен уред е специално проектиран да измерва малки стойности на капацитет.

Що се отнася до измерването на малки индуктивности (единици нанохенри), аз успешно използвам анализатора RigExpert AA-230, който се произвежда от нашата компания.

Снимка на измервателя на капацитета:

Параметри на измервателния капацитет

Диапазон на измерване: 1 pF до приблизително 470 µF.
Граници на измерване: автоматично превключванеграници - 0 ... 56 nF (долна граница) и 56 nF ... 470 μF (горна граница).
Индикация: три значещи цифри (две цифри за капацитет по-малък от 10pF).
Работа: един бутон за нулиране и калибриране.
Калибриране: Единично, използвайки два еталонни кондензатора, 100 pF и 100 nF.

Повечето от щифтовете на микроконтролера са свързани към LCD. Някои от тях имат и конектор за вътрешносхемно програмиране на микроконтролера (ByteBlaster). Четири изхода са включени във веригата за измерване на капацитет, включително входовете за сравнение AIN0 и AIN1, изхода за контрол на границата на измерване (с помощта на транзистор) и изхода за избор на прагово напрежение. Към единствения останал изход на микроконтролера е свързан бутон.

Регулаторът на напрежението +5 V се сглобява по традиционната схема.

Индикаторът е седемсегментна, 4-цифрена, директна сегментна връзка (т.е. немултиплексна). За съжаление нямаше маркировка на LCD. Същият щифт и размери (51 × 23 mm) са показатели за много компании, например AND и Varitronix.

Диаграмата е показана по-долу (диаграмата не показва диод за защита срещу обратна полярност, препоръчително е да свържете захранващия конектор през него):

програма за микроконтролер

Тъй като ATMEGA16 е от серията "MEGA", а не от "малката" серия, няма смисъл да се пише асемблерна програма. На езика C е възможно да се направи много по-бързо и по-лесно, а прилично количество флаш памет на микроконтролера ви позволява да използвате вградената библиотека от функции с плаваща запетая при изчисляване на капацитета.

Микроконтролерът извършва измерване на капацитет в две стъпки. На първо място се определя времето за зареждане на кондензатора през резистор със съпротивление 3,3 MΩ (долна граница). Ако необходимото напрежение не бъде достигнато в рамките на 0,15 секунди (съответстващо на капацитет от около 56 pF), зареждането на кондензатора се повтаря през резистора 3,3 kΩ (горна граница на измерване).

В този случай микроконтролерът първо разрежда кондензатора през резистор 100 Ohm и след това го зарежда до напрежение 0,17 V. Едва след това се измерва времето за зареждане до напрежение 2,5 V (половината от захранващото напрежение). След това цикълът на измерване се повтаря.

Когато се покаже резултатът, към LCD изходите се прилага напрежение с променлив поляритет (спрямо общия му проводник) с честота около 78 Hz. Достатъчно висока честота напълно елиминира трептенето на индикатора.

Тази схема, въпреки своята привидна сложност, доста лесен за повторение, защото се сглобява на цифрови схемии при липса на грешки при монтажа и използването на известни добри части, практически не изисква настройка. Въпреки това, възможностите на устройството са доста големи:

• обхват на измерване - 0.01 - 10000 uF;
• 4 поддиапазона - 10, 100, 1000, 10 000 uF;
• избор на поддиапазон – автоматичен;
• индикация на резултата – цифрова, 4 цифри с плаваща десетична запетая;
• грешка при измерване - единица от най-младата цифра;

Помислете за веригата на устройството:

щракнете, за да увеличите

На чипа DD1, по-точно на двата му елемента, кристален осцилатор, чиято работа не изисква обяснение. След това тактовата честота отива към делителя, сглобен на микросхеми DD2 - DD4. Сигнали от него с честоти 1000, 100, 10 и 1 kHz се изпращат към мултиплексора DD6.1, който се използва като възел за автоматичен избор на поддиапазон.

Основната измервателна единица е единичен вибратор, монтиран върху елементи DD5.3, DD5.4, чиято продължителност на импулса зависи пряко от кондензатора, свързан към него. Принципът на измерване на капацитета е да се преброи броят на импулсите по време на работа на един вибратор. На елементите DD5.1, DD5.2 е монтиран възел за предотвратяване на отскачане на контактите на бутона "Стартиране на измерването". Е, последната част от веригата е четирицифрена линия от двоично-десетични броячи DD9 - DD12 с изход към четири седемсегментни индикатора.

Помислете за алгоритъма на измервателния уред. При натискане на бутона SB1, двоичният брояч DD8 се нулира и превключва възела на обхвата (DD6.1 мултиплексор) към най-ниския диапазон на измерване - 0,010 - 10,00 uF. В същото време един от входовете електронен ключ DD1.3 получава импулси с честота 1 MHz. Разрешаващ сигнал от единичен вибратор преминава към втория вход на същия превключвател, чиято продължителност е право пропорционална на капацитета на измервания кондензатор, свързан към него.

По този начин импулси с честота 1 MHz започват да пристигат на десетилетието на броене DD9 ... DD12. Ако възникне препълване на десетилетие, тогава сигналът за прехвърляне от DD12 увеличава DD8 брояча с единица и позволява да се запише нула в тригера DD7 на вход D. Тази нула включва DD5.1, DD5.2 шейпъра и той, в завой, нулира десетилетието за отчитане, задава DD7 отново на "1" и рестартира еднократния удар. Процесът се повтаря, но честота от 100 kHz сега се подава към декадата на броене чрез превключвателя (вторият диапазон е включен).

Ако преди края на импулса от еднократния удар декадата на броене се препълни отново, тогава диапазонът се променя отново. Ако единичният вибратор се изключи по-рано, тогава броенето спира и можете да прочетете стойността на свързания за измерване капацитет на индикатора. Последният щрих е блокът за управление на десетичната точка, който показва текущия поддиапазон на измерване. Неговите функции се изпълняват от втората част на мултиплексора DD6, която осветява желаната точка, в зависимост от включената подлента.

Като индикатори във веригата се използват вакуумни флуоресцентни индикатори IV6, така че захранването на измервателния уред трябва да произвежда две напрежения: 1 V за нажежаване и +12 V за анодно захранване на лампи и микросхеми. Ако индикаторите се заменят с LCD, тогава може да се откаже от един източник на + 9V, докато използването на LED матрициневъзможно поради ниския капацитет на натоварване на микросхемите DD9 ... DD12.

По-добре е да използвате многооборотен резистор като калибриращ резистор R8, тъй като грешката на измерване на устройството ще зависи от точността на калибрирането. Останалите резистори могат да бъдат MLT-0.125. Що се отнася до микросхемите, всяка от сериите K1561, K564, K561, K176 може да се използва в устройството, но трябва да се има предвид, че серията 176 е много неохотна да работи с кварцов резонатор (DD1).

Настройката на устройството е доста проста, но трябва да се направи много внимателно.

• Временно деактивирайте бутона SB1 от DD8 (пин 13).
• Приложете към точката на свързване R3 с R2 правоъгълни импулсичестота приблизително 50-100 Hz (всеки прост генератор на логически чип ще свърши работа).
• На мястото на измерения кондензатор свържете примерен, чийто капацитет е известен и е в диапазона от 0,5 - 4 μF (например K71-5V 1 μF ± 1%). Ако е възможно, по-добре е да измерите капацитета с помощта на измервателен мост, но можете да разчитате и на капацитета, посочен на кутията. Тук трябва да имате предвид, че колко точно калибрирате устройството, така ще ви измерва в бъдеще.
• С помощта на тримерния резистор R8 задайте показанията на индикатора възможно най-точно в съответствие с капацитета на референтния кондензатор. След калибриране е по-добре да заключите резистора за настройка с капка лак или боя.

По материали на "Радиолюбител" № 5, 2001 г.

Тази статия предоставя елементарна схема на измервател на капацитет на логически чип. Такова класическо и елементарно схемно решение може да се възпроизведе бързо и лесно. Ето защо тази статия ще бъде полезна за начинаещ радиолюбител, който реши да сглоби елементарен измервател на капацитет на кондензатор.

Работата на веригата на измервателния капацитет:

Фигура № 1 - Верига на измервателния капацитет

Списък на елементите на измервателния капацитет:

R1- R4 - 47 kΩ

R5 - 1,1 kOhm

C3 - 1500 pF

C4 - 12000 pF

C5 -0.1uF

C измер. - кондензатора, чийто капацитет искате да измерите

SA1 - бутонен превключвател

DA1 - K155LA3 или SN7400

VD1-VD2 - KD509 или еквивалентен 1N903A

PA1 - Глава на показалеца (общ ток на отклонение 1 mA, съпротивление на рамката 240 Ohm)

XS1-XS2 - алигаторни съединители

Тази версия на измервателя на капацитета на кондензатора има четири диапазона, които могат да бъдат избрани с превключвателя SA1. Например в позиция "1" можете да измервате кондензатори с капацитет 50 pF, в позиция "2" - до 500 pF, в позиция "3" - до 5000 pF, в позиция "4" - до 0,05 микрофаради.

Елементите на чипа DA1 осигуряват достатъчен ток за зареждане на измервания кондензатор (C измерване). Особено важно е за точността на измерването да изберете адекватно диоди VD1-VD2, те трябва да имат еднакви (най-сходни) характеристики.

Настройка на веригата за измерване на капацитет:

Настройката на такава верига е доста проста, трябва да свържете C rev. с известни характеристики (с известен капацитет). Изберете необходимия диапазон на измерване с превключвателя SA1 и завъртете копчето на строителния резистор, докато достигнете желаното отчитане на индикаторната глава PA1 (препоръчвам да го калибрирате в съответствие с вашите показания, това може да стане чрез разглобяване на индикаторната глава и залепване нова скала с нови надписи)

С този измервател на капацитет можете лесно да измервате всякакъв капацитет от единици pF до стотици микрофаради. Има няколко метода за измерване на капацитет. Този проект използва метода на интеграция.

Основното предимство на използването на този метод е, че измерването е базирано на времето, което може да се направи доста точно на MCU. Този метод е много подходящ за домашен измервател на капацитет, а също така е лесен за прилагане на микроконтролер.

Принципът на работа на измервателния капацитет

Явленията, които възникват при промяна на състоянието на веригата, се наричат ​​преходни процеси. Това е едно от основните понятия цифрови схеми. Когато превключвателят на фигура 1 е отворен, кондензаторът се зарежда през резистор R и напрежението върху него ще се промени, както е показано на фигура 1b. Съотношението, определящо напрежението на кондензатора, е:

Стойностите се изразяват в единици SI, t секунди, R ома, C фаради. Времето, необходимо на напрежението на кондензатора да достигне стойността V C1, приблизително се изразява със следната формула:

От тази формула следва, че времето t1 е пропорционално на капацитета на кондензатора. Следователно капацитетът може да се изчисли от времето за зареждане на кондензатора.

Схема

За измерване на времето за зареждане са достатъчни компаратор и таймер на микроконтролер, както и цифров логически чип. Напълно разумно е да използвате микроконтролера AT90S2313 (модерният аналог е ATtiny2313). Изходът на компаратора се използва като тригер T C1. Праговото напрежение се задава от резисторен делител. Времето за зареждане не зависи от захранващото напрежение. Времето за зареждане се определя по формула 2, следователно не зависи от захранващото напрежение. съотношението във формулата VC 1 /E се определя само от коефициента на делителя. Разбира се, по време на измерването захранващото напрежение трябва да е постоянно.

Формула 2 изразява времето за зареждане на кондензатора от 0 волта. Въпреки това е трудно да се работи с напрежение, близко до нула, поради следните причини:

• Напрежението не пада до 0 волта.За пълно разрежданекондензаторът се нуждае от време. Това ще увеличи времето и измерването.
• Необходимо време между стартоветезареждане и стартиране на таймера.Това ще доведе до грешка в измерването. За AVR това не е критично. отнема само един удар.
• Утечка на ток на аналоговия вход.Според листа с данни на AVR, утечката на ток се увеличава, когато входното напрежение е близо до нула волта.

За да се предотвратят тези трудности, бяха използвани две прагови напрежения VC 1 (0,17 Vcc) и VC 2 (0,5 Vcc). Повърхност печатна електронна платкатрябва да се поддържат чисти, за да се сведат до минимум токовете на утечка. Необходимото захранващо напрежение за микроконтролера се осигурява от DC-DC преобразувател, захранван от батерия 1.5VAA. Вместо DC-DC преобразувател е препоръчително да използвате 9 Vбатерия и конвертор 78 Л05, за предпочитанесъщоне изключвайтеБПКв противен случай може да има проблеми с EEPROM.

Калибриране

За да калибрирате долния диапазон:С бутон SW1. След това свържете щифт #1 и щифт #3 на конектор P1, поставете 1nF кондензатор и натиснете SW1.

За да калибрирате високия диапазон:Скъсете щифт #4 и #6 на конектор P1, поставете кондензатор 100nF и натиснете SW1.

Надписът "E4", когато е включен, означава, че стойността на калибриране не е намерена в EEPROM.

Използване

Автоматично откриване на обхват

Зареждането започва през резистор 3.3M. Ако напрежението в кондензатора не достигне 0,5 Vcc за по-малко от 130 mS (>57nF), кондензаторът ще се разреди и ново зарядно, но през резистор 3.3kΩ. Ако напрежението на кондензатора не достигне 0,5 Vcc за 1 секунда (>440µF), напишете "E2". Когато времето се измерва, капацитетът се изчислява и показва. Последният сегмент показва обхвата на измерване (pF, nF, µF).

скоба

Като скоба можете да използвате част от гнездо. При измерване на малък капацитет (единици пикофаради) използването на дълги проводници е нежелателно.

Направи си сам измервател на капацитет на кондензатор- по-долу има диаграма и описание как без много усилия можете самостоятелно да направите устройство за тестване на капацитета на кондензатори. Такова устройство може да бъде много полезно при закупуване на контейнери на електронния пазар. С негова помощ безпроблемно се открива некачествен или дефектен натрупващ елемент. електрически заряд. електрическа схематова ESR, както обикновено го наричат ​​повечето инженери по електроника, не е нищо сложно и дори начинаещ радиолюбител може да сглоби такова устройство.

Освен това измервателят на капацитета на кондензатора не изисква дълго време и големи финансови разходи за неговото сглобяване; отнема буквално два до три часа, за да се произведе сонда с еквивалентно серийно съпротивление. Освен това не е необходимо да бягате до магазина за радио - със сигурност всеки радиолюбител ще има неизползвани части, подходящи за този дизайн. Всичко, от което се нуждаете, за да повторите тази схема, е мултицет от почти всеки модел, желателно е само да е цифров и с дузина части. Не е необходимо да правите никакви промени или модернизации на цифровия тестер, всичко, което трябва да направите с него, е да запоите изводите на частите към необходимите места на платката му.

Схематична диаграма на ESR устройството:

Списъкът на елементите, необходими за сглобяването на измервателния уред:

Един от основните компоненти на устройството е трансформатор, който трябва да има съотношение на обороти 11/1. Феритно пръстеновидно ядро ​​M2000NM1-36 K10x6x3, което първо трябва да бъде обвито с изолационен материал. След това навийте първичната намотка върху нея, като подредите намотките според принципа - завой до завой, докато запълвате целия кръг. Вторичната намотка също трябва да се извършва с равномерно разпределение по целия периметър. Приблизителен брой завои първична намотказа пръстена K10x6x3 ще има 60-90 оборота, а вторичният трябва да бъде единадесет пъти по-малък.

Можете да използвате почти всеки силициев диод с обратно напрежение от поне 40v, ако наистина не се нуждаете от супер точност на измерванията, тогава KA220 е доста подходящ. За по-точно определяне на капацитета ще трябва да поставите диод с малък спад на напрежението във варианта директна връзка— Шотки. Защитният супресорен диод D2 трябва да бъде номинален за обратно напрежение от 28v до 38v. Силициев p-n-p транзистор с ниска мощност: например KT361 или негов еквивалент.

Измерете стойността на EPS в диапазона на напрежението от 20v. Когато конекторът за външен измервателен уред е свързан, ESR добавката към мултиметъра незабавно влиза в режим на работа за тестване на капацитета. В този случай отчитане от около 35v ще бъде визуално показано на устройството в тестовия диапазон от 200v и 1000v (това зависи от използването на супресорен диод). В случай на тест за капацитет при 20 волта, показанието ще се покаже като „извън границата на измерване“. Когато конекторът на външния измервателен уред е изключен, EPS set-top box мигновено преминава в режим на работа като обикновен мултицет.

Заключение

Принципът на работа на устройството - за да стартирате устройството, трябва да свържете адаптера към мрежата, докато измервателят на ESR се включва, когато ESR е изключен, мултиметърът автоматично превключва към стандартните функции. За да калибрирате устройството, трябва да изберете постоянен резистор, така че да съответства на скалата. За по-голяма яснота снимката е по-долу:

Когато сондите са окъсени, на скалата на мултицета ще се покаже 0,00-0,01, това показание означава грешка на инструмента в диапазона на измерване до 1 ом.