인터넷 디지털 커패시턴스 미터에 대한 기사를 발견하고 이 미터를 만들고 싶었습니다. 그러나 AT90S2313 마이크로컨트롤러는 손에 없었고 LED 표시등공통 양극으로. 그러나 DIP 패키지에 ATMEGA16과 4자리 7세그먼트 액정 표시기가 있었습니다. 마이크로컨트롤러의 출력은 LCD에 직접 연결하기에 충분했습니다. 따라서 미터는 하나의 마이크로 회로(실제로 두 번째 것은 전압 조정기), 하나의 트랜지스터, 다이오드, 소수의 저항기 커패시터, 3개의 커넥터 및 버튼으로 단순화되었습니다. 작고 사용하기 쉽습니다. 이제 커패시터의 커패시턴스를 측정하는 방법에 대해 질문이 없습니다. 이것은 여러 피코패럿(심지어 소수의 피코패럿)의 커패시턴스를 가진 SMD 커패시터에 특히 중요합니다. 이 커패시터는 보드에 납땜하기 전에 항상 확인합니다. 많은 탁상형 및 휴대용 미터가 현재 생산되고 있으며 제조업체는 0.1pF의 낮은 정전 용량 측정 한계와 이러한 작은 정전 용량을 측정하기에 충분한 정확도를 주장합니다. 그러나 그들 중 많은 곳에서 측정은 다소 낮은 주파수(수 킬로헤르츠)에서 수행됩니다. 문제는 이러한 조건에서 허용 가능한 측정 정확도를 얻을 수 있습니까?(더 큰 커패시터가 측정된 커패시터와 병렬로 연결되더라도)? 또한 인터넷에서 마이크로컨트롤러와 연산 증폭기(전자기 계전기와 1선 또는 2선 LCD가 있는 것)에서 RLC 미터 회로의 복제본을 많이 찾을 수 있습니다. 그러나 그러한 장치로 "인간적인 방법으로" 작은 정전 용량을 측정하는 것은 불가능합니다. 다른 많은 미터와 달리 이 미터는 작은 커패시턴스 값을 측정하도록 특별히 설계되었습니다.
작은 인덕턴스(나노헨리 단위) 측정은 당사에서 생산하는 RigExpert AA-230 분석기를 성공적으로 사용했습니다.
커패시턴스 미터 사진:
커패시턴스 미터 매개변수
측정 범위: 1pF ~ 약 470µF.
측정 한계: 자동 전환한계 - 0 ... 56nF(하한) 및 56nF ... 470μF(상한).
표시: 유효 숫자 3자리(정전 용량이 10pF 미만인 경우 2자리).
작동: 영점 조정 및 교정을 위한 단일 버튼.
교정: 단일, 2개의 기준 커패시터 사용, 100pF 및 100nF.
대부분의 마이크로컨트롤러 핀은 LCD에 연결됩니다. 그들 중 일부에는 마이크로컨트롤러(ByteBlaster)의 회로 내 프로그래밍을 위한 커넥터도 있습니다. 커패시턴스 측정 회로에는 비교기 입력 AIN0 및 AIN1, 측정 한계 제어 출력(트랜지스터 사용) 및 임계 전압 선택 출력을 포함하여 4개의 출력이 포함됩니다. 버튼은 마이크로 컨트롤러의 유일한 나머지 출력에 연결됩니다.
+5V 전압 조정기는 기존 방식에 따라 조립됩니다.
표시기는 7세그먼트, 4자리, 직접 세그먼트 연결(즉, 비다중)입니다. 불행히도 LCD에는 표시가 없었습니다. 동일한 핀 배치 및 치수(51 × 23mm)는 AND 및 Varitronix와 같은 많은 회사의 지표입니다.
다이어그램은 아래에 나와 있습니다(다이어그램에는 역극성 보호 다이오드가 표시되지 않으므로 이를 통해 전원 커넥터를 연결하는 것이 좋습니다).
마이크로컨트롤러 프로그램
ATMEGA16은 "tiny" 시리즈가 아니라 "MEGA" 시리즈에 속하기 때문에 어셈블러 프로그램을 작성하는 것은 거의 의미가 없습니다. C 언어에서는 훨씬 빠르고 쉽게 만들 수 있으며 마이크로 컨트롤러의 적절한 양의 플래시 메모리를 사용하면 용량을 계산할 때 부동 소수점 함수의 내장 라이브러리를 사용할 수 있습니다.
마이크로컨트롤러는 두 단계로 커패시턴스 측정을 수행합니다. 우선, 저항이 3.3MΩ(하한)인 저항을 통한 커패시터의 충전 시간이 결정됩니다. 필요한 전압이 0.15초 이내에 도달하지 않으면(약 56pF의 커패시턴스에 해당) 커패시터의 충전은 3.3kΩ 저항을 통해 반복됩니다(측정 상한).
이 경우 마이크로 컨트롤러는 먼저 100옴 저항을 통해 커패시터를 방전한 다음 0.17V의 전압으로 충전합니다. 그 후에야 충전 시간이 2.5V(공급 전압의 절반)의 전압으로 측정됩니다. 그 후 측정 주기가 반복됩니다.
결과가 표시될 때 약 78Hz의 주파수를 갖는 교류 극성의 전압(공통 배선 기준)이 LCD 출력에 적용됩니다. 충분히 높은 주파수는 표시기의 깜박임을 완전히 제거합니다.
이러한 제도에도 불구하고 겉보기 복잡성, 반복하기가 매우 쉽습니다. 디지털 회로설치 오류가없고 알려진 양호한 부품을 사용하면 실제로 조정할 필요가 없습니다. 그러나 장치의 기능은 상당히 큽니다.
- 측정 범위 - 0.01 - 10000uF;
- 4개의 하위 범위 - 10, 100, 1000, 10,000uF;
- 하위 범위 선택 - 자동;
- 결과 표시 - 디지털, 부동 소수점이 있는 4자리;
- 측정 오류 - 최하위 숫자의 단위.
장치 회로를 고려하십시오.
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DD1 칩에서 더 정확하게는 두 가지 요소에서 수정 발진기, 설명이 필요 없는 작업입니다. 다음으로 클록 주파수는 미세 회로 DD2-DD4에 조립된 분배기로 이동합니다. 주파수가 1000, 100, 10 및 1kHz인 신호는 자동 서브밴드 선택 노드로 사용되는 DD6.1 멀티플렉서로 전송됩니다.
주요 측정 장치는 요소 DD5.3, DD5.4에 조립된 단일 진동기이며 펄스 지속 시간은 연결된 커패시터에 직접적으로 의존합니다. 커패시턴스 측정의 원리는 단일 진동기가 작동하는 동안 펄스 수를 계산하는 것입니다. DD5.1, DD5.2 요소에는 "측정 시작" 버튼의 접점이 바운스되는 것을 방지하기 위해 노드가 조립됩니다. 음, 회로의 마지막 부분은 4개의 7-세그먼트 표시기로 출력되는 2진 10진 카운터 DD9 - DD12의 4자리 라인입니다.
미터의 알고리즘을 고려하십시오. SB1 버튼을 누르면 DD8 바이너리 카운터가 재설정되고 범위 노드(DD6.1 멀티플렉서)가 가장 낮은 측정 범위인 0.010~10.00uF로 전환됩니다. 동시에 입력 중 하나는 전자 열쇠 DD1.3은 1MHz 주파수의 펄스를 수신합니다. 단일 진동기의 활성화 신호는 동일한 스위치의 두 번째 입력으로 전달되며 지속 시간은 연결된 측정된 커패시터의 커패시턴스에 정비례합니다.
따라서 주파수가 1MHz인 펄스는 10진수 DD9 ... DD12에 도달하기 시작합니다. 디케이드 오버플로가 발생하면 DD12의 전송 신호가 DD8 카운터를 1만큼 증가시키고 입력 D에서 DD7 트리거에 0을 쓸 수 있도록 합니다. 이 0은 DD5.1, DD5.2 셰이퍼를 켜고, 턴, 카운팅 디케이드를 재설정하고 DD7을 다시 "1"로 설정하고 원샷을 다시 시작합니다. 이 과정이 반복되지만 이제 스위치를 통해 100kHz의 주파수가 카운팅 디케이드에 공급됩니다(두 번째 범위가 켜짐).
원샷에서 펄스가 끝나기 전에 카운팅 디케이드가 다시 오버플로되면 범위가 다시 변경됩니다. 단일 진동기가 더 일찍 꺼지면 카운트가 중지되고 표시기에서 측정을 위해 연결된 커패시턴스 값을 읽을 수 있습니다. 마지막 터치는 현재 측정 하위 범위를 나타내는 소수점 제어 블록입니다. 그 기능은 포함된 서브밴드에 따라 원하는 지점을 비추는 DD6 멀티플렉서의 두 번째 부분에 의해 수행됩니다.
IV6 진공 형광등 표시기는 회로의 표시기로 사용되므로 미터의 전원 공급 장치는 백열등의 경우 1V 및 램프 및 미세 회로의 양극 전원 공급 장치의 경우 +12V의 두 가지 전압을 생성해야 합니다. 표시기가 LCD로 대체되면 + 9V의 하나의 소스를 생략할 수 있지만 LED 매트릭스 DD9 ... DD12 마이크로 회로의 낮은 부하 용량으로 인해 불가능합니다.
장치의 측정 오류는 교정 정확도에 따라 달라지므로 다중 회전 저항을 교정 저항 R8로 사용하는 것이 좋습니다. 나머지 저항은 MLT-0.125가 될 수 있습니다. 초소형 회로의 경우 K1561, K564, K561, K176 시리즈 중 하나를 장치에 사용할 수 있지만 176 시리즈는 석영 공진기(DD1)와 함께 작동하는 것을 매우 꺼립니다.
장치를 설정하는 것은 매우 간단하지만 세심한 주의를 기울여야 합니다.
- DD8(핀 13)에서 SB1 버튼을 일시적으로 비활성화합니다.
- R2를 사용하여 연결점 R3에 적용 직사각형 펄스약 50-100Hz의 주파수(로직 칩의 모든 간단한 생성기는 가능).
- 측정된 커패시터 대신에, 커패시턴스가 알려져 있고 0.5 - 4μF(예: K71-5V 1μF ± 1%) 범위에 있는 예시적인 커패시터를 연결합니다. 가능하면 측정 브리지를 사용하여 커패시턴스를 측정하는 것이 좋지만 케이스에 표시된 커패시턴스에 의존할 수도 있습니다. 여기서 장치를 얼마나 정확하게 보정하여 나중에 측정할 것인지를 기억해야 합니다.
- 트리머 저항 R8을 사용하여 기준 커패시터의 커패시턴스에 따라 표시기 판독값을 가능한 한 정확하게 설정합니다. 보정 후에는 바니시 또는 페인트 한 방울로 튜닝 저항을 잠그는 것이 좋습니다.
2001년 "라디오 아마츄어" 5호 자료를 기반으로 합니다.
이 기사는 로직 칩에 있는 커패시턴스 미터의 기본 회로를 제공합니다. 이러한 고전적이고 기초적인 회로 솔루션은 빠르고 간단하게 재현될 수 있습니다. 따라서이 기사는 기본 커패시터 커패시턴스 미터를 조립하기로 결정한 초보 무선 아마추어에게 유용합니다.
커패시턴스 미터 회로의 작동:
그림 1 - 커패시턴스 미터 회로 커패시턴스 미터의 요소 목록:
R1- R4 - 47kΩ
R5 - 1.1kOhm
C3 - 1500pF
C4 - 12000pF
C5 -0.1uF
C 측정. - 커패시턴스를 측정하려는 커패시터
SA1 - 버튼 스위치
DA1 - K155LA3 또는 SN7400
VD1-VD2 - KD509 또는 동급 1N903A
PA1 - 포인터 표시기 헤드(총 편향 전류 1mA, 프레임 저항 240Ohm)
XS1-XS2 - 악어 커넥터
이 버전의 커패시터 커패시턴스 미터에는 SA1 스위치로 선택할 수 있는 4가지 범위가 있습니다. 예를 들어 위치 "1"에서 50pF의 커패시턴스를 가진 커패시터를 측정할 수 있습니다. 위치 "2"에서 - 최대 500pF, 위치 "3"에서 - 최대 5000pF, 위치 "4"에서 - 최대 0.05 마이크로 패럿.
DA1 칩의 요소는 측정된 커패시터를 충전하기에 충분한 전류를 제공합니다(C 측정). 다이오드 VD1-VD2를 적절하게 선택하는 것은 측정 정확도에 특히 중요하며 동일한(가장 유사한) 특성을 가져야 합니다.
커패시턴스 미터 회로 설정:
이러한 회로를 설정하는 것은 매우 간단합니다. C rev를 연결해야 합니다. 알려진 특성 (알려진 커패시턴스 포함). SA1 스위치로 필요한 측정 범위를 선택하고 표시기 헤드 PA1에서 원하는 판독값에 도달할 때까지 구성 저항기의 손잡이를 돌립니다(판독값에 따라 보정하는 것이 좋습니다. 표시기 헤드를 분해하고 접착제로 붙이면 됩니다. 새로운 비문이 있는 새로운 저울)
이 커패시턴스 미터를 사용하면 pF 단위에서 수백 마이크로패럿까지 모든 커패시턴스를 쉽게 측정할 수 있습니다. 커패시턴스를 측정하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 이 프로젝트는 통합 방법을 사용합니다.
이 방법을 사용할 때의 주요 이점은 측정이 시간 기반이라는 점이며 이는 MCU에서 매우 정확하게 수행할 수 있습니다. 이 방법은 집에서 만든 커패시턴스 미터에 매우 적합하며 마이크로 컨트롤러에서도 구현하기 쉽습니다.
커패시턴스 미터의 작동 원리
회로의 상태가 변할 때 발생하는 현상을 과도 현상이라고 합니다. 이것은 기본 개념 중 하나입니다. 디지털 회로. 그림 1의 스위치가 열리면 커패시터는 저항 R을 통해 충전되고 양단의 전압은 그림 1b와 같이 변경됩니다. 커패시터 양단의 전압을 결정하는 비율은 다음과 같습니다.
값은 SI 단위, t 초, R 옴, C 패럿으로 표시됩니다. 커패시터의 전압이 V C1 값에 도달하는 데 걸리는 시간은 대략 다음 공식으로 표현됩니다.
이 공식에서 시간 t1은 커패시터의 커패시턴스에 비례한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 캐패시터의 충전 시간으로부터 캐패시턴스를 계산할 수 있습니다.
계획
충전 시간을 측정하려면 비교기, 마이크로 컨트롤러 타이머, 디지털 로직 칩이면 충분합니다. AT90S2313 마이크로컨트롤러(현대 아날로그는 ATtiny2313)를 사용하는 것이 매우 합리적입니다. 비교기의 출력은 트리거 T C1 으로 사용됩니다. 임계 전압은 저항 분배기에 의해 설정됩니다. 충전 시간은 공급 전압에 의존하지 않습니다. 충전 시간은 공식 2에 의해 결정되므로 공급 전압에 의존하지 않습니다. 공식 VC 1 /E의 비율은 제수 계수에 의해서만 결정됩니다. 물론 측정 중에는 공급 전압이 일정해야 합니다.공식 2는 0볼트에서 커패시터의 충전 시간을 나타냅니다. 그러나 다음과 같은 이유로 0에 가까운 전압으로 작업하기가 어렵습니다.
- 전압은 0볼트로 떨어지지 않습니다.을 위한 완전 방전커패시터는 시간이 필요합니다. 이것은 시간과 측정을 증가시킬 것입니다.
- 시작 사이에 필요한 시간충전 및 타이머 시작.측정오차의 원인이 됩니다. AVR의 경우 이것은 중요하지 않습니다. 그것은 한 비트만 걸립니다.
- 아날로그 입력에서 누설 전류. AVR 데이터시트에 따르면 입력 전압이 0볼트에 가까울 때 누설 전류가 증가합니다.
이러한 어려움을 방지하기 위해 두 개의 임계 전압 VC 1(0.17Vcc) 및 VC 2(0.5Vcc)가 사용되었습니다. 표면 인쇄 회로 기판누설 전류를 최소화하기 위해 깨끗하게 유지해야 합니다. 마이크로컨트롤러에 필요한 공급 전압은 1.5VAA 배터리로 구동되는 DC-DC 컨버터에 의해 제공됩니다. DC-DC 변환기 대신 사용하는 것이 좋습니다. 9 V배터리 및 변환기 78 엘05, 바람직하게또한끄지 마이사회그렇지 않으면 문제가 있을 수 있습니다 EEPROM.
구경 측정
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더 낮은 범위를 보정하려면: SW1 버튼으로. 그런 다음 커넥터 P1의 핀 #1과 핀 #3을 연결하고 1nF 커패시터를 삽입하고 SW1을 누릅니다.
높은 범위를 보정하려면:커넥터 P1의 핀 #4와 #6을 단락시키고 100nF 커패시터를 삽입하고 SW1을 누릅니다.
켜졌을 때 "E4"라는 글자는 EEPROM에서 교정 값을 찾을 수 없음을 의미합니다.
용법
자동 범위 감지
충전은 3.3M 저항을 통해 시작됩니다. 커패시터 양단의 전압이 130mS(>57nF) 이내에 0.5Vcc에 도달하지 않으면 커패시터가 방전되고 새 충전기, 그러나 3.3kΩ 저항을 통해. 커패시터 전압이 1초 동안 0.5Vcc에 도달하지 않으면(>440µF) "E2"를 씁니다. 시간을 측정하면 용량이 계산되어 표시됩니다. 마지막 세그먼트는 측정 범위(pF, nF, µF)를 표시합니다.
집게
클램프로 소켓의 일부를 사용할 수 있습니다. 작은 정전용량(피코패럿 단위)을 측정할 때 긴 전선을 사용하는 것은 바람직하지 않습니다.
DIY 커패시터 커패시턴스 미터-아래는 많은 노력없이 커패시터의 커패시턴스를 테스트하는 장치를 독립적으로 만드는 방법에 대한 다이어그램과 설명입니다. 이러한 장치는 전자 시장에서 용기를 구입할 때 매우 유용할 수 있습니다. 그것의 도움으로 품질이 낮거나 결함이있는 축적 요소가 문제없이 감지됩니다. 전하. 회로도대부분의 전자 엔지니어가 일반적으로 부르는 이 ESR은 복잡하지 않으며 초보 무선 아마추어도 이러한 장치를 조립할 수 있습니다.
더욱이 커패시터 정전용량계는 조립에 오랜 시간과 막대한 재정적 비용이 필요하지 않으며, 등가 직렬저항의 프로브를 제작하는 데 문자 그대로 2~3시간이 소요된다. 또한 라디오 상점에 갈 필요가 없습니다. 라디오 아마추어라면 이 디자인에 적합한 미사용 부품이 있을 것입니다. 이 회로를 반복하기 위해 필요한 것은 거의 모든 모델의 멀티미터이며, 디지털과 12개의 부품으로 구성된 것이 바람직합니다. 디지털 테스터를 변경하거나 현대화할 필요가 없으며 부품의 리드를 보드의 필요한 위치에 납땜하기만 하면 됩니다.
ESR 장치의 개략도:
미터 조립에 필요한 요소 목록:
장치의 주요 구성 요소 중 하나는 권선 비율이 11/1이어야 하는 변압기입니다. 페라이트 링 코어 M2000NM1-36 K10x6x3, 먼저 절연 재료로 포장해야 합니다. 그런 다음 1 차 권선을 감고 원리에 따라 회전을 정렬하십시오. 전체 원을 채우면서 회전하십시오. 2차 권선도 전체 둘레에 균일하게 분포되어 수행되어야 합니다. 대략적인 회전 수 1차 권선 K10x6x3 링의 경우 60-90회 회전하고 보조 링은 11배 작아야 합니다.
최소 40v의 역전압을 가진 거의 모든 실리콘 다이오드를 사용할 수 있습니다. 측정 시 초정확도가 필요하지 않다면 KA220이 매우 적합합니다. 커패시턴스를보다 정확하게 결정하려면 변형에 전압 강하가 작은 다이오드를 넣어야합니다. 직접 연결— 쇼트키. 보호 억제 다이오드 D2는 28v ~ 38v의 역 전압 정격이어야 합니다. 저전력 실리콘 p-n-p 트랜지스터: 예를 들어 KT361 또는 이에 상응하는 것.
20v의 전압 범위에서 EPS 값을 측정합니다. 외부 미터 커넥터가 연결되면 멀티미터에 대한 ESR 애드온이 즉시 커패시턴스 테스트 작동 모드로 들어갑니다. 이 경우 200v와 1000v의 테스트 범위에서 장치에 약 35v의 판독값이 시각적으로 표시됩니다(이는 억제 다이오드 사용에 따라 다름). 20볼트에서 커패시턴스 테스트의 경우 판독값은 "측정 한계를 벗어남"으로 표시됩니다. 외부 미터의 커넥터가 분리되면 EPS 셋톱 박스는 즉시 일반 멀티 미터의 작동 모드로 전환됩니다.
결론
장치 작동 원리 - 장치를 시작하려면 어댑터를 네트워크에 연결해야 하며 ESR 미터가 켜져 있는 동안 ESR이 꺼지면 멀티미터가 자동으로 표준 기능으로 전환됩니다. 장치를 교정하려면 스케일과 일치하도록 일정한 저항을 선택해야 합니다. 명확성을 위해 그림은 다음과 같습니다.
프로브가 단락되면 멀티미터 스케일에 0.00-0.01이 표시되며 이 판독값은 최대 1옴의 측정 범위에서 기기의 오류를 의미합니다.