2 Semplici circuiti del misuratore di capacità spiegati - Utilizzo di IC 555 e IC 74121

In questo post parleremo di un paio di piccoli circuiti facili ma molto maneggevoli sotto forma di frequenzimetro e misuratore di capacità utilizzando l'onnipresente IC 555.

Come funzionano i condensatori

I condensatori sono uno dei principali componenti elettronici che rientrano nella famiglia dei componenti passivi.

Questi sono ampiamente utilizzati nei circuiti elettronici e praticamente nessun circuito può essere costruito senza coinvolgere queste parti importanti.

La funzione di base di un condensatore è quella di bloccare la CC e passare CA o in parole semplici qualsiasi tensione che è di natura pulsante potrà passare attraverso un condensatore e qualsiasi tensione non polarizzata o sotto forma di CC sarà bloccata da un condensatore durante il processo di ricarica.

Un'altra importante funzione dei condensatori è immagazzinare l'elettricità caricandola e restituirla a un circuito collegato tramite il processo di scarica.

I due precedenti funzioni principali dei condensatori sono utilizzati per implementare una serie di operazioni cruciali nei circuiti elettronici che consentono di ottenere uscite secondo le specifiche richieste del progetto.

Tuttavia a differenza resistori, condensatori sono difficili da misurare con metodi ordinari.

Ad esempio, un normale multitester potrebbe avere molte funzioni di misurazione incluse come un misuratore OHM, voltmetro, amperometro, tester diodi, tester hFE ecc. Ma potrebbe semplicemente non avere l'illusorio funzione di misurazione della capacità .

La caratteristica di un misuratore di capacità o di un misuratore di induttanza è disponibile solo in multimetri di fascia alta che sono decisamente non economici e non tutti i nuovi hobbisti potrebbero essere interessati a procurarsene uno.

Il circuito discusso qui affronta in modo molto efficace questi problemi e mostra come costruire una semplice capacità economica cum misuratore di frequenza che può essere costruito a casa da qualsiasi principiante elettronico e utilizzato per l'applicazione utile prevista.

Schema elettrico

Come funziona la frequenza per rilevare la capacità

Facendo riferimento alla figura, l'IC 555 costituisce il cuore dell'intera configurazione.

Questo versatile chip da lavoro è configurato nella sua modalità più standard che è la modalità multivibratore monostabile.
Ogni picco positivo dell'impulso applicato all'ingresso che è il pin n. 2 dell'IC crea un'uscita stabile con un periodo fisso predeterminato impostato dal preset P1.

Tuttavia, per ogni caduta nel picco dell'impulso, il monostabile si ripristina e si attiva automaticamente con il picco successivo in arrivo.

Questo genera una sorta di valore medio all'uscita dell'IC per il quale è direttamente proporzionale alla frequenza del clock applicato.

In altre parole, l'uscita dell'IC 555 che consiste in pochi resistori e condensatori integra la serie di impulsi per fornire un valore medio stabile direttamente proporzionale alla frequenza applicata.

Il valore medio può essere facilmente letto o visualizzato su un misuratore a bobina mobile collegato attraverso i punti mostrati.

Quindi la lettura di cui sopra darà una lettura diretta della frequenza, quindi abbiamo a nostra disposizione un frequenzimetro dall'aspetto pulito.

Utilizzo della frequenza per misurare la capacità

Ora guardando la figura successiva sotto possiamo vedere chiaramente che aggiungendo un generatore di frequenza esterno (IC 555 astable) al circuito precedente, diventa possibile far interpretare al misuratore i valori di un condensatore attraverso i punti indicati, perché questo condensatore direttamente influenza o è proporzionale alla frequenza del circuito di clock.

Pertanto, il valore della frequenza netta ora mostrato in uscita corrisponderà al valore del condensatore collegato ai punti sopra discussi.

Ciò significa che ora abbiamo un circuito due in uno in grado di misurare la capacità e la frequenza, utilizzando solo un paio di circuiti integrati e alcune parti elettroniche casuali. Con piccole modifiche il circuito può essere facilmente utilizzato come contagiri o come apparecchiatura per il contagiri.

Elenco delle parti

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

Misuratore di capacità con IC 74121

Questo semplice circuito del misuratore di capacità fornisce 14 intervalli di misurazione della capacità calibrati linearmente, da 5 pF a 15 uF FSD. S1 è utilizzato come interruttore di portata e opera in collaborazione con S4 (s1 / x10) e S3 (x l) o S2 (x3). L'IC 7413 funziona come un oscillatore astabile, insieme a R1 e da C1 a C6 che agiscono come elementi determinanti la frequenza.

Questa fase attiva l'IC 74121 (un multivibratore monostabile) in modo che generi un'onda quadra asimmetrica con una frequenza ricorrente il cui valore è deciso dalle parti R1 e da C1 a C6 e con un duty cycle deciso da R2 (o R3) e Cx .

Il valore tipico di questa tensione ad onda quadrata cambia linearmente al variare del duty cycle, che a sua volta si modifica linearmente in base al valore di Cs, al valore di R2 / R3 (s10 / x I) e alla frequenza (stabilita dal Posizione dell'interruttore S1).

I selettori di gamma finali S3j ..- xl) e 52 (x3) inseriscono sostanzialmente una resistenza in serie al contatore. La configurazione attorno ai pin 10 e 11 dell'IC 74121 e per il Cx deve essere corta e rigida quanto possibile, per garantire che la capacità parassita qui sia minima e senza fluttuazioni. P5 e P4 vengono utilizzati per la calibrazione dello zero indipendente per intervalli di bassa capacità. Per tutti gli intervalli superiori, la calibrazione eseguita da oreset P3 è appena sufficiente. F.s.d. la calibrazione è piuttosto semplice.

Inizialmente non saldare C6 nel circuito, piuttosto collegarlo sui terminali contrassegnati Cx per il condensatore sconosciuto. Metti S1 in posizione 3, S4 in posizione x1 e S2 chiuso (s3) questo si predispone per i range di 1500 pF f.s.d. Ora, C6 è pronto per essere applicato come valore di riferimento per la calibrazione. Successivamente, la pentola P1 viene modificata fino a quando lo strumento non decifra 2/3 di f.s.d. Quindi, S4 potrebbe essere spostato nella posizione 'x 10', S2 tenuto aperto e S3 chiuso (x1), questo è paragonabile a 5000 pF f.s.d., mentre si lavora con C6 come condensatore sconosciuto. Il risultato per queste impostazioni complete dovrebbe fornire 1/5 di fs.d.

D'altra parte è possibile procurarsi un assortimento di condensatori conosciuti con precisione e usarli sui punti Cx e quindi regolare i vari potenziometri per fissare adeguatamente le calibrazioni sul quadrante del misuratore.

Progettazione PCB

Un altro circuito misuratore di capacità semplice ma accurato

Quando una tensione costante viene applicata a un condensatore attraverso un resistore, la carica del condensatore aumenta in modo esponenziale. Ma se l'alimentazione attraverso un condensatore proviene da una sorgente di corrente costante, la carica sul condensatore mostra un aumento che è praticamente lineare.

Questo principio in cui un condensatore viene caricato linearmente viene utilizzato qui nel semplice misuratore di capacità discusso di seguito. È progettato per misurare i valori dei condensatori ben oltre la gamma di molti misuratori analogici simili.

Utilizzando un'alimentazione a corrente costante, il misuratore stabilisce il tempo necessario per completare la carica sul condensatore sconosciuto con una tensione di riferimento nota. Lo strumento fornisce 5 intervalli di fondo scala di 1,10, 100, 1000 e 10.000 µF. Sulla scala 1-µF, valori di capacità fino a 0,01 µF potevano essere misurati senza difficoltà.

Come funziona.

Come mostrato in figura, le parti D1, D2, R6, Q1 e uno dei resistori tra R1 e R5 forniscono 5 selezioni per l'alimentazione di corrente costante attraverso l'interruttore S1A.

Quando S2 viene mantenuto nella posizione indicata, questa corrente costante viene cortocircuitata a massa attraverso S2A. Quando S2 viene commutato nella selezione alternata, la corrente costante viene convogliata nel condensatore in prova, attraverso BP1 e BP2, che forza la carica del condensatore in modalità lineare.

L'amplificatore operazionale IC1 è collegato come un comparatore, con il suo pin di ingresso (+) collegato a R8, che fissa il livello di tensione di riferimento.

Non appena la carica in aumento lineare attraverso il condensatore in prova, raggiunge alcuni millivolt in più rispetto al pin di ingresso (-) di IC1, commuta istantaneamente l'uscita del comparatore da +12 volt a -12 volt.

Ciò fa sì che l'uscita del comparatore attivi una sorgente di corrente costante realizzata utilizzando le parti D3, D4, D5, R10, R11 e Q2.

Nel caso in cui S2A viene commutato a massa, proprio come S2B, ciò provoca il cortocircuito dei terminali del condensatore C1, portando a zero il potenziale su C1. Con S2 in condizione aperta, il passaggio di corrente costante tramite C1 fa scattare la tensione su C1 per aumentare in modo lineare.

Quando la tensione ai capi del condensatore in prova fa commutare il comparatore, il diodo D6 diventa polarizzato inversamente. Questa azione impedisce a C1 di caricarsi ulteriormente.

Poiché la carica di C1 avviene solo fino al punto in cui lo stato dell'uscita del comparatore cambia appena, implica che la tensione sviluppata attraverso di esso dovrebbe essere direttamente proporzionale al valore di capacità del condensatore sconosciuto.

Per garantire che C1 non si scarichi mentre il misuratore M1 misura la sua tensione, per il misuratore M1 è incorporato uno stadio buffer ad alta impedenza, creato utilizzando IC2.

Il resistore R13 e il misuratore M1 costituiscono un monitor voltmetro di base di circa 1 V FSD. Quando necessario, è possibile utilizzare un voltmetro remoto a condizione che disponga di una gamma completa inferiore a 8 volt. (Nel caso in cui si incorpori questo tipo di misuratore esterno, assicurarsi di impostare R8 sulla gamma 1 µF, in modo che un condensatore da 1 µF identificato con precisione corrisponda a una lettura di 1 volt.)

Il condensatore C2 viene utilizzato per contrastare l'oscillazione dell'alimentazione a corrente costante Q1, e R9 e R12 sono impiegati per proteggere gli amplificatori operazionali nel caso in cui l'alimentazione CC sia spenta durante il periodo in cui il condensatore in prova e C1 vengono caricati, altrimenti potrebbero iniziare a scaricarsi attraverso gli amplificatori operazionali, provocando un danno.

Elenco delle parti

Disegni PCB

Come calibrare

Prima di fornire alimentazione al circuito del misuratore di capacità, utilizzare un cacciavite sottile per regolare con precisione l'ago M1 del misuratore sul livello zero.

Posizionare un condensatore noto con precisione intorno a 0,5 e 1,0 µF a +/- 5%. Questo funzionerebbe come il 'benchmark di calibrazione'.

Collega questo condensatore tra BP1 e BP2 (lato positivo a BP1). Regolare il selettore della gamma S1 sulla posizione '1' (lo strumento dovrebbe visualizzare 1-µF a fondo scala).

Posizionare S2 per scollegare il cavo di massa dai due circuiti (collettore Q1 e Cl). Il misuratore M1 inizierà ora un movimento di alto livello e si stabilizzerà su una lettura specifica. La riattivazione di S2 deve provocare la caduta del misuratore verso il basso al segno di zero volt. Modificare S2 ancora una volta e confermare la lettura di livello superiore del contatore.

In alternativa, salta S2 e regola R8 fino a trovare il misuratore che mostra il valore esatto del 5% della calibrazione del condensatore. La precedente configurazione di una sola calibrazione sarà abbastanza sufficiente per gli intervalli rimanenti.