Radęs straipsnį apie interneto skaitmeninį talpos matuoklį, norėjau sukurti šį matuoklį. Tačiau mikrovaldiklio AT90S2313 nebuvo po ranka ir LED indikatoriai su bendru anodu. Tačiau DIP pakuotėje buvo ATMEGA16 ir keturių skaitmenų septynių segmentų skystųjų kristalų indikatorius. Mikrovaldiklio išėjimų užteko tiesiog prijungti prie LCD. Taip skaitiklis supaprastintas iki vienos mikroschemos (tiesą sakant, yra antras – įtampos reguliatorius), vieno tranzistoriaus, diodo, saujos rezistorių-kondensatorių, trijų jungčių ir mygtuko. būti kompaktiškas ir paprastas naudoti. Dabar aš neturiu klausimų, kaip išmatuoti kondensatoriaus talpą. Tai ypač svarbu SMD kondensatoriams, kurių talpa yra kelių pikofaradų (ir net pikofaradų dalių), kuriuos visada patikrinu prieš lituodamas į bet kokią plokštę. Dabar gaminama daug stalinių ir nešiojamų skaitiklių, kurių gamintojai teigia, kad yra žemesnė 0,1 pF talpos matavimo riba ir pakankamas tokių mažų talpų matavimo tikslumas. Tačiau daugelyje jų matavimai atliekami gana žemu dažniu (keliais kilohercais). Kyla klausimas, ar tokiomis sąlygomis įmanoma gauti priimtiną matavimo tikslumą (net jei lygiagrečiai su matuojamuoju prijungtas didesnis kondensatorius)? Be to, internete galite rasti nemažai RLC skaitiklio grandinės klonų ant mikrovaldiklio ir operacinio stiprintuvo (tame, kuris turi elektromagnetinę relę ir vienos ar dviejų eilučių LCD). Tačiau tokiais prietaisais „žmogiškai“ išmatuoti mažų talpų neįmanoma. Skirtingai nuo daugelio kitų, šis matuoklis yra specialiai sukurtas mažoms talpos vertėms matuoti.

Kalbant apie mažų induktyvumo koeficientų (nanohenrio vienetų) matavimą, aš sėkmingai naudoju RigExpert AA-230 analizatorių, kurį gamina mūsų įmonė.

Talpos matuoklio nuotrauka:

Talpos matuoklio parametrai

Matavimo diapazonas: nuo 1 pF iki maždaug 470 µF.
Matavimo ribos: automatinis perjungimas ribos - 0 ... 56 nF (apatinė riba) ir 56 nF ... 470 μF (viršutinė riba).
Indikacija: trys reikšminiai skaitmenys (du skaitmenys, jei talpa mažesnė nei 10pF).
Valdymas: vienas mygtukas nuliui nustatyti ir kalibruoti.
Kalibravimas: vienas, naudojant du etaloninius kondensatorius, 100 pF ir 100 nF.

Dauguma mikrovaldiklio kontaktų yra prijungti prie LCD. Kai kurie iš jų taip pat turi jungtį, skirtą mikrovaldiklio programavimui grandinėje (ByteBlaster). Talpos matavimo grandinėje dalyvauja keturi išėjimai, įskaitant lyginamuosius įėjimus AIN0 ir AIN1, matavimo ribos valdymo išėjimą (naudojant tranzistorių) ir slenkstinės įtampos pasirinkimo išėjimą. Mygtukas prijungtas prie vienintelio likusio mikrovaldiklio išvesties.

+5 V įtampos reguliatorius surenkamas pagal tradicinę schemą.

Indikatorius yra septynių segmentų, 4 skaitmenų, tiesioginio segmento jungtis (t. y. ne multipleksinė). Deja, LCD ekrane nebuvo jokio žymėjimo. Tas pats smeigtukas ir matmenys (51 × 23 mm) yra daugelio įmonių, pavyzdžiui, AND ir Varitronix, rodikliai.

Diagrama parodyta žemiau (schemoje nerodomas apsaugos nuo "atvirkštinio poliškumo" diodas, rekomenduojama per jį prijungti maitinimo jungtį):

mikrovaldiklio programa

Kadangi ATMEGA16 yra iš "MEGA" serijos, o ne iš "mažos" serijos, nėra prasmės rašyti surinkėjo programą. C kalba tai galima padaryti daug greičiau ir lengviau, o nemaža mikrovaldiklio „flash“ atmintis leidžia skaičiuojant talpą naudoti įmontuotą slankaus kablelio funkcijų biblioteką.

Mikrovaldiklis atlieka talpos matavimą dviem etapais. Visų pirma, nustatomas kondensatoriaus įkrovimo laikas per rezistorių, kurio varža 3,3 MΩ (apatinė riba). Jei reikiama įtampa nepasiekiama per 0,15 sekundės (atitinka maždaug 56 pF talpą), kondensatoriaus įkrovimas kartojamas per 3,3 kΩ rezistorių (viršutinė matavimo riba).

Tokiu atveju mikrovaldiklis pirmiausia iškrauna kondensatorių per 100 omų rezistorių, o po to įkrauna iki 0,17 V įtampos. Tik po to įkrovimo laikas matuojamas iki 2,5 V įtampos (pusės maitinimo įtampos). Po to matavimo ciklas kartojamas.

Kai išvedamas rezultatas, skystųjų kristalų ekranų išvestims įjungiama kintamo poliškumo įtampa (palyginti su jo bendruoju laidu), kurios dažnis yra apie 78 Hz. Pakankamai aukštas dažnis visiškai pašalina indikatoriaus mirgėjimą.

Ši schema, nepaisant jos akivaizdus sudėtingumas, gana lengva pakartoti, nes yra surinkta ant skaitmeninės grandinės ir nesant klaidų montuojant ir naudojant žinomas geras dalis, tai praktiškai nereikia koreguoti. Tačiau įrenginio galimybės yra gana didelės:

• matavimo diapazonas - 0,01 - 10000 uF;
• 4 subdiapazonai - 10, 100, 1000, 10 000 uF;
• subrangos pasirinkimas – automatinis;
• rezultato rodymas – skaitmeninis, 4 skaitmenys su slankiuoju kableliu;
• matavimo paklaida - mažiausio skaitmens vienetas;

Apsvarstykite įrenginio grandinę:

spustelėkite norėdami padidinti

DD1 luste, tiksliau ant dviejų jo elementų, kristalinis osciliatorius, kurio veikimas nereikalauja paaiškinimo. Tada laikrodžio dažnis eina į skirstytuvą, surinktą ant mikroschemų DD2 - DD4. Iš jo 1000, 100, 10 ir 1 kHz dažnių signalai siunčiami į multiplekserį DD6.1, kuris naudojamas kaip automatinis pojuosčių pasirinkimo mazgas.

Pagrindinis matavimo blokas yra vienas vibratorius, surinktas ant elementų DD5.3, DD5.4, kurio impulso trukmė tiesiogiai priklauso nuo prie jo prijungto kondensatoriaus. Talpos matavimo principas yra skaičiuoti impulsų skaičių vieno vibratoriaus veikimo metu. Ant elementų DD5.1, DD5.2 sumontuotas mazgas, kad būtų išvengta mygtuko „Pradėti matavimą“ kontaktų atšokimo. Na, o paskutinė grandinės dalis yra keturių skaitmenų dvejetainių dešimtainių skaitiklių DD9 - DD12 eilutė su keturių septynių segmentų indikatorių išvestimi.

Apsvarstykite skaitiklio algoritmą. Paspaudus SB1 mygtuką, DD8 dvejetainis skaitiklis atstatomas ir diapazono mazgas (DD6.1 multiplekseris) perjungiamas į žemiausią matavimo diapazoną - 0,010 - 10,00 uF. Tuo pačiu metu vienas iš įėjimų elektroninis raktas DD1.3 priima 1 MHz dažnio impulsus. Įjungimo signalas iš vieno vibratoriaus pereina į antrąjį to paties jungiklio įėjimą, kurio trukmė yra tiesiogiai proporcinga prie jo prijungto išmatuoto kondensatoriaus talpai.

Taigi, impulsai, kurių dažnis yra 1 MHz, pradeda ateiti skaičiavimo dešimtmetį DD9 ... DD12. Jei įvyksta dešimties metų perpildymas, perdavimo signalas iš DD12 padidina DD8 skaitiklį vienu ir leidžia įrašyti nulį į DD7 trigerį D įėjime. Šis nulis įjungia DD5.1, DD5.2 formuotoją ir pasukti, iš naujo nustato skaičiavimo dešimtmetį, DD7 vėl nustato į „1“ ir iš naujo paleidžia vienkartinį šūvį. Procesas kartojamas, bet dabar per jungiklį į skaičiavimo dešimtmetį tiekiamas 100 kHz dažnis (įjungtas antrasis diapazonas).

Jei nepasibaigus impulsui iš vieno šūvio, skaičiavimo dekada vėl perpildoma, diapazonas vėl pasikeičia. Jei vienas vibratorius išsijungė anksčiau, skaičiavimas sustoja ir indikatoriuje galite nuskaityti matavimui prijungtos talpos vertę. Paskutinis prisilietimas yra dešimtainio taško valdymo blokas, nurodantis esamą matavimo diapazoną. Jo funkcijas atlieka antroji multiplekserio DD6 dalis, kuri apšviečia norimą tašką, priklausomai nuo įtrauktos subjuostos.

IV6 vakuuminiai fluorescenciniai indikatoriai yra naudojami kaip indikatoriai grandinėje, todėl skaitiklio maitinimo šaltinis turi gaminti dvi įtampas: 1 V kaitinimui ir +12 V lempų ir mikroschemų anodiniam maitinimui. Jei indikatorius pakeičia skystųjų kristalų ekranai, galima atsisakyti vieno + 9 V šaltinio, o naudojant LED matricos neįmanoma dėl mažos DD9 ... DD12 mikroschemų apkrovos.

Kaip kalibravimo rezistorių R8 geriau naudoti kelių posūkių rezistorių, nes prietaiso matavimo paklaida priklausys nuo kalibravimo tikslumo. Likę rezistoriai gali būti MLT-0,125. Kalbant apie mikroschemas, įrenginyje galima naudoti bet kurią iš K1561, K564, K561, K176 serijų, tačiau reikia turėti omenyje, kad 176 serija labai nenoriai dirba su kvarciniu rezonatoriumi (DD1).

Įrenginio nustatymas yra gana paprastas, tačiau jį reikia atlikti labai atsargiai.

• Laikinai išjunkite SB1 mygtuką iš DD8 (13 kaištis).
• Taikyti sujungimo tašką R3 su R2 stačiakampiai impulsai maždaug 50–100 Hz dažniu (tiks bet koks paprastas generatorius loginiame luste).
• Vietoj išmatuoto kondensatoriaus prijunkite pavyzdinį, kurio talpa žinoma ir svyruoja nuo 0,5 iki 4 μF (pavyzdžiui, K71-5V 1 μF ± 1%). Jei įmanoma, geriau išmatuoti talpą naudojant matavimo tiltelį, tačiau taip pat galite pasikliauti talpa, nurodyta ant korpuso. Čia reikia nepamiršti, kaip tiksliai sukalibruojate įrenginį, todėl jis jus išmatuos ateityje.
• Naudodami trimerio rezistorių R8, nustatykite indikatoriaus rodmenis kuo tiksliau pagal etaloninio kondensatoriaus talpą. Po kalibravimo derinimo rezistorių geriau užfiksuoti lašeliu lako ar dažų.

Remiantis „Radijo mėgėjo“ 2001 Nr.5 medžiaga.

Šiame straipsnyje pateikiama elementari loginio lusto talpos matuoklio grandinė. Tokį klasikinį ir elementarų grandinės sprendimą galima atkurti greitai ir paprastai. Todėl šis straipsnis bus naudingas pradedantiesiems radijo mėgėjams, kurie nusprendė surinkti elementarų kondensatoriaus talpos matuoklį.

Talpos matuoklio grandinės veikimas:

1 paveikslas – talpos matuoklio grandinė

Talpos matuoklio elementų sąrašas:

R1- R4 - 47 kΩ

R5 – 1,1 kOhm

C3 – 1500 pF

C4 – 12000 pF

C5 -0,1uF

C meas. - kondensatorius, kurio talpą norite išmatuoti

SA1 - mygtukų jungiklis

DA1 – K155LA3 arba SN7400

VD1-VD2 - KD509 arba lygiavertis 1N903A

PA1 – rodyklės indikatoriaus galvutė (bendra nukreipimo srovė 1 mA, rėmo varža 240 omų)

XS1-XS2 - aligatoriaus jungtys

Ši kondensatoriaus talpos matuoklio versija turi keturis diapazonus, kuriuos galima pasirinkti jungikliu SA1. Pavyzdžiui, „1“ padėtyje galite matuoti kondensatorius, kurių talpa 50 pF, „2“ padėtyje – iki 500 pF, „3“ padėtyje – iki 5000 pF, „4“ padėtyje – iki 0,05. mikrofaradai.

DA1 lusto elementai suteikia pakankamai srovės, kad būtų galima įkrauti išmatuotą kondensatorių (C matavimas). Matavimo tikslumui ypač svarbu tinkamai parinkti diodus VD1-VD2, jie turi turėti vienodas (panašiausias) charakteristikas.

Talpos matuoklio grandinės nustatymas:

Tokios grandinės nustatymas yra gana paprastas, reikia prijungti C rev. su žinomomis charakteristikomis (su žinoma talpa). Pasirinkite reikiamą matavimo diapazoną SA1 jungikliu ir sukite konstrukcinio rezistoriaus rankenėlę, kol pasieksite norimą rodmenį ant indikatoriaus galvutės PA1 (rekomenduoju jį kalibruoti pagal savo parodymus, tai galima padaryti išmontuojant indikatoriaus galvutę ir suklijuojant). naujos svarstyklės su naujais užrašais)

Naudodami šį talpos matuoklį galite lengvai išmatuoti bet kokią talpą nuo pF vienetų iki šimtų mikrofaradų. Yra keli talpos matavimo metodai. Šiame projekte naudojamas integravimo metodas.

Pagrindinis šio metodo privalumas yra tai, kad matavimas yra pagrįstas laiku, o tai gana tiksliai gali būti atlikta naudojant MCU. Šis metodas labai tinka naminiam talpos matuokliui, be to, jį lengva įdiegti ir mikrovaldiklyje.

Talpos matuoklio veikimo principas

Reiškiniai, atsirandantys pasikeitus grandinės būklei, vadinami pereinamaisiais. Tai viena iš pagrindinių sąvokų skaitmeninės grandinės. Kai 1 paveiksle parodytas jungiklis yra atidarytas, kondensatorius įkraunamas per rezistorių R ir jo įtampa pasikeis, kaip parodyta 1b paveiksle. Santykis, nustatantis įtampą kondensatoriuje:

Reikšmės išreiškiamos SI vienetais, t sekundėmis, R omų, C faradų. Laikas, per kurį kondensatoriaus įtampa pasiekia vertę V C1, apytiksliai išreiškiamas šia formule:

Iš šios formulės išplaukia, kad laikas t1 yra proporcingas kondensatoriaus talpai. Todėl talpą galima apskaičiuoti pagal kondensatoriaus įkrovimo laiką.

Schema

Įkrovimo laikui išmatuoti pakanka komparatoriaus ir mikrovaldiklio laikmačio bei skaitmeninės loginės lusto. Gana pagrįsta naudoti mikrovaldiklį AT90S2313 (šiuolaikinis analogas yra ATtiny2313). Komparatoriaus išvestis naudojama kaip trigeris T C1 . Slenkstinė įtampa nustatoma rezistoriaus dalikliu. Įkrovimo laikas nepriklauso nuo maitinimo įtampos. Įkrovimo laikas nustatomas pagal 2 formulę, todėl jis nepriklauso nuo maitinimo įtampos. santykis formulėje VC 1 /E nustatomas tik pagal daliklio koeficientą. Žinoma, matavimo metu maitinimo įtampa turi būti pastovi.

2 formulė išreiškia kondensatoriaus įkrovimo laiką nuo 0 voltų. Tačiau sunku dirbti su įtampa, artima nuliui, dėl šių priežasčių:

• Įtampa nenukrenta iki 0 voltų. Dėl visiškas iškrovimas kondensatoriui reikia laiko. Tai padidins laiką ir matavimą.
• Reikalingas laikas tarp startoįkrovimas ir laikmačio paleidimas. Tai sukels matavimo klaidą. AVR atveju tai nėra labai svarbu. tereikia vieno smūgio.
• Srovės nuotėkis analoginiame įėjime. Pagal AVR duomenų lapą srovės nuotėkis didėja, kai įėjimo įtampa yra artima nuliui voltų.

Siekiant išvengti šių sunkumų, buvo naudojamos dvi slenkstinės įtampos VC 1 (0,17 Vcc) ir VC 2 (0,5 Vcc). Paviršius spausdintinė plokštė turi būti švarus, kad būtų sumažintos nuotėkio srovės. Reikiamą maitinimo įtampą mikrovaldikliui užtikrina DC-DC keitiklis, maitinamas 1,5VAA baterijos. Vietoj DC-DC keitiklio patartina naudoti 9 Vbaterija ir keitiklis 78 L05, pageidautinataip patneišjunkiteBODkitaip gali kilti problemų EEPROM.

Kalibravimas

Norėdami kalibruoti apatinį diapazoną: Su SW1 mygtuku. Tada prijunkite kaiščius #1 ir kaiščius #3 prie jungties P1, įdėkite 1nF kondensatorių ir paspauskite SW1.

Norėdami kalibruoti aukštą diapazoną: Trumpas 4 ir 6 jungties P1 kaištis, įdėkite 100 nF kondensatorių ir paspauskite SW1.

Užrašas „E4“ įjungus reiškia, kad EEPROM nerasta kalibravimo vertės.

Naudojimas

Automatinis diapazono aptikimas

Įkrovimas prasideda per 3,3M rezistorių. Jei kondensatoriaus įtampa nepasiekia 0,5 Vcc per mažiau nei 130 mS (>57 nF), kondensatorius išsikraus ir naujas pakrovejas, bet per 3,3 kΩ rezistorių. Jei kondensatoriaus įtampa nepasiekia 0,5 Vcc 1 sekundę (>440 µF), parašykite "E2". Kai matuojamas laikas, apskaičiuojama ir rodoma talpa. Paskutiniame segmente rodomas matavimo diapazonas (pF, nF, µF).

spaustukas

Kaip spaustuką galite naudoti dalį lizdo. Matuojant mažas talpas (pikofaradų vienetus), nepageidautina naudoti ilgus laidus.

„Pasidaryk pats“ kondensatoriaus talpos matuoklis- žemiau yra diagrama ir aprašymas, kaip be didelių pastangų galite savarankiškai pagaminti kondensatorių talpos testavimo įrenginį. Toks prietaisas gali labai praversti perkant konteinerius elektroninėje rinkoje. Jo pagalba be problemų aptinkamas nekokybiškas ar sugedęs akumuliacinis elementas. elektros krūvis. grandinės schemašis ESR, kaip dažniausiai vadina dauguma elektronikos inžinierių, nėra nieko sudėtingo ir net pradedantysis radijo mėgėjas gali surinkti tokį įrenginį.

Be to, kondensatoriaus talpos matuoklis nereikalauja ilgo laiko ir didelių finansinių sąnaudų jo surinkimui, o lygiavertės serijinės varžos zondo gamyba užtrunka pažodžiui nuo dviejų iki trijų valandų. Taip pat nebūtina bėgti į radijo parduotuvę – tikrai bet kuris radijo mėgėjas turės nenaudotų šiam dizainui tinkamų dalių. Viskas, ko jums reikia norint pakartoti šią grandinę, yra beveik bet kokio modelio multimetras, tik pageidautina, kad jis būtų skaitmeninis ir su keliolika dalių. Skaitmeninio testerio keisti ar modernizuoti nereikia, su juo tereikia sulituoti detalių laidus į reikiamas vietas ant jo plokštės.

ESR įrenginio schema:

Elementų, reikalingų skaitikliui surinkti, sąrašas:

Vienas iš pagrindinių įrenginio komponentų yra transformatorius, kurio apsisukimų santykis turėtų būti 11/1. Ferito žiedo šerdis M2000NM1-36 K10x6x3, kurią pirmiausia reikia apvynioti izoliacine medžiaga. Tada apvyniokite pirminę apviją ant jos, sutvarkydami posūkius pagal principą - pasukti į posūkį, užpildydami visą apskritimą. Antrinė apvija taip pat turi būti atliekama tolygiai paskirstant visą perimetrą. Apytikslis apsisukimų skaičius pirminė apvijažiedui K10x6x3 bus 60-90 apsisukimų, o antrinis turėtų būti vienuolika kartų mažesnis.

Galite naudoti beveik bet kokį silicio diodą, kurio atvirkštinė įtampa yra ne mažesnė kaip 40 V, jei jums tikrai nereikia didelio matavimo tikslumo, tada KA220 yra gana tinkamas. Norėdami tiksliau nustatyti talpą, variante turėsite įdėti diodą su nedideliu įtampos kritimu tiesioginis ryšys– Šotkis. Apsauginis slopinimo diodas D2 turi būti skirtas atvirkštinei įtampai nuo 28 V iki 38 V. Mažos galios silicio p-n-p tranzistorius: pavyzdžiui, KT361 arba jo ekvivalentas.

Išmatuokite EPS vertę 20 V įtampos diapazone. Prijungus išorinio skaitiklio jungtį, ESR priedas prie multimetro iš karto pereina į talpos bandymo veikimo režimą. Tokiu atveju įrenginyje vizualiai bus rodomas maždaug 35 V rodmuo 200 V ir 1000 V bandymo diapazone (tai priklauso nuo slopinančio diodo naudojimo). Atliekant talpos bandymą esant 20 voltų, rodmuo bus rodomas kaip "nepatenka į matavimo ribą". Atjungus išorinio skaitiklio jungtį, EPS priedėlis akimirksniu persijungia į įprastinio multimetro veikimo režimą.

Išvada

Įrenginio veikimo principas - norint paleisti įrenginį, reikia prijungti adapterį prie tinklo, o ESR matuoklis įsijungia, kai ESR išjungiamas, multimetras automatiškai persijungia į standartines funkcijas. Norėdami sukalibruoti įrenginį, turite pasirinkti pastovų rezistorių, kad jis atitiktų skalę. Aiškumo dėlei paveikslėlis yra žemiau:

Kai zondai sutrumpinami, multimetro skalėje bus rodomas 0,00-0,01, šis rodmuo reiškia prietaiso paklaidą matavimo diapazone iki 1 omo.