3 skaitmenų LED talpos matuoklio grandinė

Šis projektas yra dar viena bandymo įranga, kuri gali būti labai naudinga bet kuriam elektroniniam mėgėjui, o pastatyti šį įrenginį gali būti labai smagu.

Talpos matuoklis yra labai naudinga bandymo įranga, nes ji leidžia vartotojui patikrinti norimą kondensatorių ir patvirtinti jo patikimumą.

Įprastiniai ar standartiniai skaitikliai dažniausiai neturi talpos matuoklio patogumo, todėl elektronikos entuziastas turi priklausyti nuo brangių skaitiklių, kad gautų šią galimybę.

Šiame straipsnyje aptarta grandinė paaiškina pažangų, tačiau pigų 3 skaitmenų LED talpos matuoklį, kuris pateikia pakankamai tikslų kondensatorių, kurie paprastai naudojami visose šiuolaikinėse elektroninėse grandinėse, matavimą.

Pajėgumų diapazonai

Siūloma talpos matuoklio grandinės konstrukcija suteikia 3 skaitmenų LED ekraną ir vertina vertes penkiais diapazonais, kaip nurodyta toliau:

Diapazonas # 1 = nuo 0 iki 9,99 nF
Diapazonas # 2 = nuo 0 iki 99,9 nF
Diapazonas # 3 = nuo 0 iki 999nF
Diapazonas # 4 = nuo 0 iki 9,99µF
Diapazonas # 5 = nuo 0 iki 99,99µF

Pirmiau minėti diapazonai apima daugumą standartinių verčių, tačiau konstrukcija negali nustatyti ypač mažų kelių picofaradų ar didelės vertės elektrolitinių kondensatorių verčių.

Praktiškai šis apribojimas gali nesukelti daug rūpesčio, nes šių dienų elektroninėse grandinėse retai naudojami itin mažos vertės kondensatoriai, o didelius kondensatorius galima išbandyti naudojant keletą nuosekliai sujungtų kondensatorių, kaip bus išsamiau aprašyta vėliau šias pastraipas.

Kaip tai veikia

Įtrauktas įspėjimo apie perpildymą šviesos diodas, kad būtų išvengta netikslių rodmenų, jei pasirenkamas netinkamas diapazonas. Įrenginys varomas per 9 voltų bateriją, todėl yra visiškai nešiojamas.

2 paveiksle pavaizduota LED talpos matuoklio grandinės laikrodžio osciliatoriaus, žemo dažnio osciliatoriaus, loginio valdiklio ir monostabilių multivibratorių grandinių schema.

Skaitiklio / tvarkyklės ir perpildymo grandinės etapai parodyti kitame paveiksle aukščiau.

Žvelgiant į 2 paveikslą, IC5 yra 5 voltų fiksuotos įtampos reguliatorius, užtikrinantis gerai reguliuojamą 5 voltų išėjimą iš 9 voltų akumuliatoriaus šaltinio. Visa grandinė funkcionavimui naudoja šią reguliuojamą 5 voltų galią.

Baterija turėtų būti aukštos mAh reitingo, nes dabartinis grandinės naudojimas yra gana didelis - maždaug 85 mA. Srovės suvartojimas gali viršyti 100 mA, kai ekranui apšviesti dauguma 3 ekranų skaitmenų.

Žemo dažnio osciliatorius yra pastatytas aplink IC2a ​​ir IC2b, kurie yra CMOS NOR vartai. Nepaisant to, šioje konkrečioje grandinėje šie IC yra prijungti kaip pagrindiniai keitikliai ir naudojami per įprastą CMOS nustatymą.

Atkreipkite dėmesį, kad osciliatoriaus pakopos darbinis dažnis yra daug didesnis, palyginti su dažniu, kuriuo pateikiami rodmenys, nes šis generatorius turi sugeneruoti 10 išėjimo ciklų, kad būtų galima užbaigti vieną skaitymo ciklą.

IC3 ir IC4a yra sukonfigūruoti kaip valdymo logikos etapai. IC3, kuris yra CMOS 4017 dekoderis / skaitiklis, apima 10 išėjimų (nuo „0“ iki „9“). Kiekvienas iš šių išėjimų vienas po kito eina vienas po kito iš eilės. Šiuo konkrečiu dizainu išvestis „0“ pateikia skaitikliams atstatymo laikrodį.

Išėjimas „1“ vėliau tampa didelis ir perjungia monostabilią, kuri sukuria vartų impulsą laikrodžio / skaitiklio grandinei. Išėjimai nuo „2“ iki „8“ nėra prijungti, o laiko intervalas, per kurį šie 2 išėjimai pasisuka aukštai, suteikia šiek tiek laiko, kad vartų impulsas galėtų pasibaigti ir kad skaičiavimas galėtų pasibaigti.

Išėjimas „9“ pateikia loginį signalą, kuris užfiksuoja naują rodmenį per LED ekraną, tačiau ši logika turi būti neigiama. Tai pasiekiama naudojant IC4a, kuris invertuoja signalą iš 9 išėjimo, kad jis virstų atitinkamu impulsu.

Monostabilus multivibratorius yra standartinė CMOS versija, naudojant porą 2 įvesties NOR vartų (IC4b ir IC4c). Nepaisant to, kad tai paprastas monostabilus dizainas, jis siūlo savybių, dėl kurių jis yra visiškai vertas dabartinės programos.

Tai nėra atgalinė forma, todėl gaunamas išėjimo impulsas, kuris yra mažesnis nei paleidimo impulsas, generuojamas iš IC3. Ši funkcija iš tikrųjų yra kritinė, nes kai naudojamas pakeliamas tipas, mažiausiai ekrano rodmenys gali būti gana dideli.

Siūlomo dizaino savaiminė talpa yra gana maža, o tai yra būtina, nes didelis vietinis talpos lygis gali sutrikdyti linijos linijinį atributą, o tai lemia didžiulį žemiausią ekrano rodmenį.

Naudojant prototipo ekraną visuose 5 diapazonuose buvo galima nuskaityti „000“, kai bandymo angose ​​nėra prijungto kondensatoriaus.

Rezistoriai nuo R5 iki R9 veikia kaip diapazono pasirinkimo rezistoriai. Sumažinus laiko pasipriešinimą per dešimtmečio žingsnius, tam tikram rodmeniui reikalinga laiko talpa padidėja dešimtmečio žingsniais.

Jei manysime, kad diapazono rezistoriai yra įvertinti bent 1% paklaida, galima tikėtis, kad ši sąranka pateiks patikimus rodmenis. Tai reiškia, kad nebūtina kiekvieną kalibruoti atskirai.

R1 ir S1a yra prijungti prie dešimtainio kablelio segmento paleidimo teisingame LED ekrane, išskyrus 3 diapazoną (999nF), kuriame dešimtainio taško rodyti nereikia. Laikrodžio osciliatorius iš tikrųjų yra įprasta 555 astabili konfigūracija.

Pot RV1 naudojamas kaip laikrodžio dažnio valdiklis kalibruojant šį LED talpos matuoklį. Monostabilus išėjimas naudojamas valdyti IC 1 kaištį 4, o laikrodžio osciliatorius bus įjungtas tik tada, kai bus vartų laikotarpis. Ši funkcija pašalina nepriklausomų signalo vartų poreikį.

Dabar, tikrindami 3 paveikslą, nustatome, kad skaitiklio grandinė yra prijungta naudojant 3 CMOS 4011 IC. Tai iš tikrųjų nėra atpažįstama iš idealios CMOS logikos šeimos, nepaisant to, tai yra ypač lankstūs elementai, kuriuos verta dažnai vartoti.

Jie iš tikrųjų yra sukonfigūruoti kaip aukštyn / žemyn skaitikliai, turintys atskirus laikrodžio įėjimus ir nešimo / skolinimosi išėjimus. Kaip galima suprasti, galimybė naudoti apatinio skaitiklio režimą čia yra beprasmė, todėl laikrodžio įvestis yra prijungta prie neigiamos maitinimo linijos.

Trys skaitikliai sujungiami iš eilės, kad būtų galima rodyti įprastą 3 skaitmenų skaičių. Čia IC9 yra sujungtas, kad būtų sugeneruotas mažiausiai reikšmingas skaitmuo, o IC7 įgalintų patį reikšmingiausią skaitmenį. 4011 yra dešimtmečio skaitiklis, septynių segmentų dekoderis ir fiksatoriaus / ekrano tvarkyklės etapai.

Dėl šios priežasties kiekvienas IC gali pakeisti įprastą 3 lustų TTL stiliaus skaitiklio / tvarkyklės / užrakto parinktį. Išėjimai turi pakankamai energijos tiesiogiai apšviesti bet kurį tinkamą septynių segmentų katodo LED ekraną.

Nepaisant žemos įtampos 5 voltų maitinimo, rekomenduojama kiekvieną atskirą LED ekranų segmentą varyti per srovės ribotuvą, kad viso apytikslio matuoklio įrenginio srovės suvartojimas būtų mažesnis už priimtiną lygį.

IC7 „nešimo“ išvestis taikoma IC6 laikrodžio įėjimui, tai yra dvigubas D tipo padalijimas iš dviejų flip / flop. Tačiau šioje konkrečioje grandinėje įgyvendinama tik viena IC dalis. IC6 išėjimas pakeis būseną tik esant perkrovai. Tai reiškia, kad jei per didelė apkrova yra labai didelė, IC7 išves daug ciklų.

Tiesioginis LED indikatoriaus LED1 maitinimas per IC6 gali būti gana netinkamas, nes ši išvestis gali būti momentinė, o šviesos diodas gali sugeneruoti tik keletą trumpų apšvietimų, kurių galima lengvai nepastebėti.

Kad būtų išvengta šios situacijos, IC7 išvestis naudojama pagrindiniam nustatymui / atstatymui skirtoje bistable grandinėje, sukurtoje laidų pora paprastai tuščių IC2 vartų, paskui užraktas perjungia LED indikatorių LED1. IC3 atstato du IC6 ir fiksatorių, kad perpildymo grandinė prasidėtų nuo nulio, kai tik bus įdiegtas naujas bandymo rodmuo.

Kaip pastatyti

Šios 3 skaitmenų talpos matuoklio grandinės sukūrimas yra tik teisingas visų dalių surinkimas pagal pateiktą PCB išdėstymą.

Atminkite, kad visi IC yra CMOS tipai, todėl jautrūs jūsų rankos statinei elektrai. Siekiant išvengti žalos dėl statinės elektros, rekomenduojama naudoti IC lizdus. Laikykite IC ant savo kūno ir stumkite į lizdus, ​​neliesdami kaiščių.

Kalibravimas

Prieš pradedant kalibruoti šią baigtą 3 skaitmenų LED talpos matuoklio grandinę, gali būti svarbu naudoti kondensatorių su griežta tolerancija ir dydžiu, kuris suteikia maždaug 50–100% viso skaitiklio diapazono diapazono.

Įsivaizduokime, kad C6 buvo įmontuotas į įrenginį ir naudojamas kalibruoti skaitiklį. Dabar sureguliuokite prietaisą pagal diapazoną # 1 (9,99 nF visos skalės) ir įkiškite tiesioginę jungtį per SK2 ir SK4.

Tada labai švelniai sureguliuokite RV1, kad ekrane būtų rodomas tinkamas 4.7nF rodmuo. Tai padarius, įrenginyje gali būti rodomi atitinkamai teisingi kondensatorių diapazono rodmenys.

Tačiau nemanykite, kad rodmenys bus tiksliai tikslūs. 3 skaitmenų talpos matuoklis yra gana tikslus, nors, kaip jau buvo aptarta anksčiau, jis tikrai bus susijęs su nedideliais neatitikimais.

Kodėl naudojami 3 LED ekranai

Daugelio kondensatorių nuokrypiai yra gana dideli, nors keliose veislėse tikslumo rodiklis gali būti didesnis nei 10%. Praktiškai kalbant, trečiojo LED ekrano skaitmens įvedimas gali būti nepateisinamas atsižvelgiant į numatomą tikslumą, vis dėlto tai yra naudinga dėl to, kad jis efektyviai išplečia mažiausią talpą, kurią prietaisas gali nuskaityti per visą dešimtmetį.

Senų kondensatorių testavimas

Jei naudojant šią įrangą išbandomas senas kondensatorius, galite pastebėti, kad skaitmeninis rodmuo ekrane palaipsniui didėja. Tai nebūtinai reiškia sugedusį kondensatorių, o tai gali būti tiesiog dėl mūsų pirštų šilumos, dėl kurios kondensatoriaus vertė šiek tiek padidėja. Įstatydami kondensatorių į SKI ir SK2 angas, įsitikinkite, kad kondensatorių laikote už jo korpuso, o ne laidus.

Per didelės vertės kondensatorių bandymas

Didelės vertės kondensatoriai, kurie nepatenka į šio LED talpos matuoklio diapazoną, galėtų būti ištirti sujungiant didelės vertės kondensatorių nuosekliai su mažesnės vertės kondensatoriumi ir tada išbandant bendrą dviejų vienetų serijos talpą.

Tarkime, norime ištirti kondensatorių, ant kurio atspausdinta 470 µF vertė. Tai gali būti įgyvendinta nuosekliai pritvirtinant 100µF kondensatoriumi. Tada kondensatoriaus 470 µF vertę galima patikrinti naudojant šią formulę:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 µF

82,5 µF patvirtins, kad 470 µF atitinka savo vertę. Bet tarkime, jei matuoklis rodo kitą rodmenį, pvz., 80 µF, tai reikštų, kad 470 µF nėra gerai, nes jo tikroji vertė tada būtų:

(X x 100) / (X + 100) = 80
100X / X + 100 = 80
100X = 80X + 8000
100X - 80X = 8000
X = 400 µF

Rezultatas rodo, kad patikrinto 470µF kondensatoriaus sveikata gali būti nelabai gera

Du papildomi lizdai (SK3 ir SK4) ir kondensatorius C6 matomi diagramoje. SK3 tikslas - palengvinti bandomųjų elementų išsikrovimą paliesdami SK1 ir SK3, prieš juos įkišdami per SKI ir SK2 matavimui.

Tai taikoma tik tiems kondensatoriams, kurie gali būti linkę kaupti tam tikrą likutinį krūvį, kai prieš pat bandymą jie pašalinami iš grandinės. Didelės vertės ir aukštos įtampos kondensatoriai gali būti jautrūs šiai problemai.

Tačiau esant sunkioms sąlygoms, prieš ištraukiant juos iš grandinės, kondensatorius gali tekti švelniai iškrauti per nuleidimo varžą. SK3 įtraukimo priežastis yra tai, kad bandomasis kondensatorius gali būti iškraunamas sujungiant per SK1 ir SK3, prieš juos išmatuojant SKI ir SK2.

C6 yra patogus, paruoštas naudoti mėginio kondensatorius, skirtas greitai kalibruoti. Jei bandomas kondensatorius rodo tam tikrą trūkumų rodiklį, gali būti svarbu pereiti į 1 diapazoną ir perjungti jungiklį per SK2 į SK4, kad C6 būtų prijungtas kaip bandomasis kondensatorius. Tada galbūt norėsite patikrinti, ar ekranuose nurodyta teisėta 47nF vertė.

Tačiau reikia suprasti vieną dalyką: skaitiklis pats savaime yra gana tikslus per keletą% plius / minus, išskyrus kondensatoriaus vertes, beveik identiškas kalibravimo vertei. Papildoma problema yra ta, kad kondensatoriaus rodmenys gali priklausyti nuo temperatūros ir kelių išorinių parametrų. Jei talpos rodmuo rodo nedidelę paklaidą, viršijančią jos tolerancijos vertę, greičiausiai tai rodo, kad dalis yra visiškai tinkama ir jokiu būdu nėra sugedusi.

Dalių sąrašas