วงจรมิเตอร์วัดความจุ LED 3 หลัก

โครงการนี้เป็นอีกหนึ่งอุปกรณ์ทดสอบที่สามารถเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับนักเล่นงานอดิเรกอิเล็กทรอนิกส์และการสร้างหน่วยนี้อาจเป็นเรื่องสนุก

เครื่องวัดความจุเป็นอุปกรณ์ทดสอบที่มีประโยชน์มากเนื่องจากช่วยให้ผู้ใช้ตรวจสอบตัวเก็บประจุที่ต้องการและยืนยันความเชื่อถือได้

มิเตอร์ดิจิตอลธรรมดาหรือมาตรฐานส่วนใหญ่ไม่มีเครื่องวัดความจุดังนั้นผู้ที่ชื่นชอบอิเล็กทรอนิกส์จึงต้องพึ่งพามิเตอร์ที่มีราคาแพงเพื่อให้ได้สิ่งอำนวยความสะดวกนี้

วงจรที่กล่าวถึงในบทความต่อไปนี้อธิบายถึงเครื่องวัดความจุ LED 3 หลักขั้นสูง แต่ราคาถูกซึ่งให้การวัดที่แม่นยำพอสมควรสำหรับตัวเก็บประจุที่ใช้กันทั่วไปในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ร่วมสมัยทั้งหมด

ช่วงความจุ

การออกแบบวงจรมิเตอร์วัดความจุที่นำเสนอให้จอแสดงผล LED 3 หลักและวัดค่าด้วยห้าช่วงดังที่ระบุไว้ด้านล่าง:

ช่วง # 1 = 0 ถึง 9.99nF
ช่วง # 2 = 0 ถึง 99.9nF
ช่วง # 3 = 0 ถึง 999nF
ช่วง # 4 = 0 ถึง 9.99µF
ช่วง # 5 = 0 ถึง 99.99µF

ช่วงข้างต้นรวมถึงค่ามาตรฐานส่วนใหญ่อย่างไรก็ตามการออกแบบไม่สามารถระบุค่าที่ต่ำมากของ picofarads สองสามตัวหรือตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าที่มีมูลค่าสูงได้

ในทางปฏิบัติข้อ จำกัด นี้อาจไม่น่ากังวลมากนักเนื่องจากไม่ค่อยมีการใช้ตัวเก็บประจุที่มีค่าต่ำมากในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันในขณะที่ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่สามารถทดสอบได้โดยใช้ตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมสองชุดดังที่จะอธิบายในเชิงลึกในภายหลัง ย่อหน้าต่อไปนี้

มันทำงานอย่างไร

LED คำเตือนการล้นถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อป้องกันการอ่านค่าที่ไม่ถูกต้องในกรณีที่เลือกช่วงที่ไม่เหมาะสม อุปกรณ์นี้ขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรี่ 9 โวลต์และด้วยเหตุนี้จึงพกพาได้อย่างแน่นอน

รูปที่ 2 แสดงแผนภาพวงจรสำหรับออสซิลเลเตอร์นาฬิกาออสซิลเลเตอร์ความถี่ต่ำตัวควบคุมลอจิกและขั้นตอนมัลติไวเบรเตอร์แบบโมโนสเตเบิลของวงจรมิเตอร์วัดความจุ LED

ขั้นตอนตัวนับ / ไดรเวอร์และวงจรล้นจะแสดงในรูปถัดไปด้านบน

เมื่อดูรูปที่ 2 IC5 เป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าคงที่ 5 โวลต์ที่ให้เอาต์พุต 5 โวลต์ที่ควบคุมอย่างดีจากแหล่งแบตเตอรี่ 9 โวลต์ วงจรทั้งหมดใช้ไฟ 5 โวลต์ที่ควบคุมนี้สำหรับการทำงาน

แบตเตอรี่ควรมีระดับ mAh สูงเนื่องจากการใช้งานวงจรปัจจุบันมีขนาดค่อนข้างใหญ่ที่ประมาณ 85 mA การใช้กระแสไฟฟ้าอาจเกิน 100 mA เมื่อใดก็ตามที่ตัวเลขส่วนใหญ่ของจอแสดงผล 3 ตัวสว่างขึ้นสำหรับการแสดงผล

ออสซิลเลเตอร์ความถี่ต่ำถูกสร้างขึ้นรอบ ๆ IC2a ​​และ IC2b ซึ่งเป็นประตู CMOS NOR อย่างไรก็ตามในวงจรเฉพาะนี้ IC เหล่านี้เชื่อมต่อเป็นอินเวอร์เตอร์พื้นฐานและใช้ผ่านการตั้งค่า CMOS แบบปกติ

สังเกตว่าความถี่ในการทำงานของสเตจออสซิลเลเตอร์นั้นใหญ่กว่ามากเมื่อเทียบกับความถี่ที่มีการอ่านค่าเนื่องจากออสซิลเลเตอร์นี้ต้องสร้างเอาต์พุต 10 รอบเพื่อให้การอ่านรอบเดียวเสร็จสมบูรณ์

IC3 และ IC4a ถูกกำหนดค่าเป็นขั้นตอนตรรกะการควบคุม IC3 ซึ่งเป็นตัวถอดรหัส / ตัวนับ CMOS 4017 มี 10 เอาต์พุต ('0' ถึง '9') แต่ละเอาต์พุตเหล่านี้มีค่าสูงตามลำดับสำหรับทุก ๆ รอบสัญญาณนาฬิกาอินพุตที่ต่อเนื่องกัน ในเอาต์พุตการออกแบบเฉพาะนี้ '0' จะให้นาฬิการีเซ็ตไปยังเคาน์เตอร์

เอาต์พุต '1' ในเวลาต่อมาจะสูงและสลับ monostable ซึ่งสร้างพัลส์เกตสำหรับวงจรนาฬิกา / ตัวนับ เอาต์พุต '2' ถึง '8' ไม่ได้เชื่อมต่อและช่วงเวลาที่เอาต์พุตทั้ง 2 นี้เปิดสูงจะช่วยให้เหลือเวลาเล็กน้อยเพื่อให้พัลส์ประตูทำงานเสร็จสมบูรณ์และเพื่อให้การนับสิ้นสุดลง

เอาต์พุต '9' ให้สัญญาณลอจิกซึ่งสลักการอ่านใหม่บนจอแสดงผล LED อย่างไรก็ตามตรรกะนี้ต้องการค่าลบ สิ่งนี้ทำได้ด้วย IC4a ซึ่งสลับสัญญาณจากเอาต์พุต 9 เพื่อให้มันแปลเป็นพัลส์ที่เหมาะสม

โมโนสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์เป็นเวอร์ชัน CMOS มาตรฐานที่ใช้อินพุต NOR เกต 2 ตัว (IC4b และ IC4c) แม้จะเป็นการออกแบบที่เรียบง่ายแบบ monostable แต่ก็มีคุณสมบัติที่คุ้มค่ากับการใช้งานในปัจจุบัน

นี่เป็นรูปแบบที่ไม่สามารถย้อนกลับได้และด้วยเหตุนี้จึงให้พัลส์เอาต์พุตซึ่งมีขนาดเล็กกว่าพัลส์ทริกเกอร์ที่สร้างจาก IC3 ฟังก์ชันนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากเมื่อใช้ประเภท retriggerable การอ่านค่าที่แสดงน้อยที่สุดอาจสูงพอสมควร

ความจุตัวเองของการออกแบบที่นำเสนอนั้นค่อนข้างน้อยซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากความจุในระดับที่มากอาจรบกวนแอตทริบิวต์เชิงเส้นของวงจรส่งผลให้ค่าการแสดงผลต่ำสุดมาก

ในขณะใช้งานจอแสดงผลต้นแบบสามารถมองเห็นได้ด้วยการอ่านค่า '000' ในทั้ง 5 ช่วงเมื่อไม่มีตัวเก็บประจุเชื่อมต่อระหว่างช่องทดสอบ

ตัวต้านทาน R5 ถึง R9 ทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานแบบเลือกช่วง เมื่อคุณลดความต้านทานของเวลาในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาความจุของเวลาที่จำเป็นสำหรับการอ่านค่าหนึ่ง ๆ จะเพิ่มขึ้นในช่วงทศวรรษที่เพิ่มขึ้น

หากเราพิจารณาว่าตัวต้านทานช่วงได้รับการจัดอันดับด้วยความทนทานอย่างน้อย 1% การตั้งค่านี้สามารถคาดหวังให้อ่านค่าที่เชื่อถือได้ ซึ่งหมายความว่าอาจไม่จำเป็นสำหรับการปรับเทียบแต่ละช่วงแยกกัน

R1 และ S1a มีการต่อสายเพื่อรันส่วนจุดทศนิยมบนจอแสดงผล LED ที่ถูกต้องยกเว้นช่วง 3 (999nF) ซึ่งไม่จำเป็นต้องมีการระบุจุดทศนิยม ออสซิลเลเตอร์นาฬิกาเป็นรูปแบบทั่วไป 555 astable configuration

Pot RV1 ใช้เป็นตัวควบคุมความถี่สัญญาณนาฬิกาสำหรับปรับเทียบเครื่องวัดความจุ LED นี้ เอาต์พุตแบบโมโนสเตเบิลใช้สำหรับควบคุมพิน 4 ของ IC 1 และออสซิลเลเตอร์นาฬิกาจะเปิดใช้งานในขณะที่มีช่วงเกตเท่านั้น ฟังก์ชันนี้ช่วยลดความต้องการประตูสัญญาณอิสระ

ตอนนี้ตรวจสอบรูปที่ 3 เราพบว่าวงจรตัวนับมีการต่อสายโดยใช้ 3 CMOS 4011 ICs สิ่งเหล่านี้ไม่ได้รับการยอมรับจากตระกูลตรรกะ CMOS ในอุดมคติอย่างไรก็ตามองค์ประกอบเหล่านี้เป็นองค์ประกอบที่ยืดหยุ่นอย่างมากซึ่งควรค่าแก่การบริโภคเป็นประจำ

สิ่งเหล่านี้ได้รับการกำหนดค่าเป็นตัวนับขึ้น / ลงที่มีอินพุตนาฬิกาแต่ละตัวและเอาต์พุตพกพา / ยืม ตามที่เข้าใจได้ความเป็นไปได้ที่จะใช้ในโหมดตัวนับถอยหลังนั้นไม่มีความหมายที่นี่อินพุตนาฬิกาลงจึงเชื่อมต่อกับสายจ่ายเชิงลบ

ตัวนับสามตัวเชื่อมต่อตามลำดับเพื่อให้สามารถแสดงผล 3 หลักแบบเดิมได้ ที่นี่ IC9 เชื่อมต่อเพื่อสร้างตัวเลขที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุดและ IC7 เปิดใช้งานตัวเลขที่มีนัยสำคัญที่สุด 4011 ประกอบด้วยตัวนับทศวรรษตัวถอดรหัสเจ็ดเซกเมนต์และสเตจไดรเวอร์สลัก / จอแสดงผล

IC ทุกตัวสามารถแทนตัวนับ / ไดรเวอร์ / สลักสไตล์ TTL แบบ 3 ชิปทั่วไปได้ เอาต์พุตมีกำลังไฟเพียงพอที่จะให้แสงสว่างโดยตรงกับจอแสดงผล LED เจ็ดเซกเมนต์แคโทดทั่วไปที่เหมาะสม

แม้จะมีแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าต่ำ 5 โวลต์ขอแนะนำให้ขับทุกส่วนของจอแสดงผล LED เดียวผ่านตัวต้านทาน จำกัด กระแสเพื่อให้การใช้กระแสไฟฟ้าของหน่วยมิเตอร์วัดความจุไฟฟ้าทั้งหมดสามารถรักษาให้ต่ำกว่าระดับที่ยอมรับได้

เอาต์พุต 'พกพา' ของ IC7 ถูกนำไปใช้กับอินพุตนาฬิกา IC6 ซึ่งเป็นประเภท D คู่หารด้วยสองฟลิป / ฟล็อป อย่างไรก็ตามในวงจรเฉพาะนี้มีการใช้งาน IC เพียงส่วนเดียว เอาต์พุต IC6 จะเปลี่ยนสถานะก็ต่อเมื่อมีการโอเวอร์โหลด โดยนัยนี้หากโอเวอร์โหลดสูงมากจะส่งผลให้วงจรเอาต์พุตจำนวนมากจาก IC7

การเปิดไฟ LED แสดงสถานะ LED โดยตรงผ่าน IC6 โดยตรงอาจเป็นเรื่องที่ไม่เหมาะสมนักเนื่องจากเอาต์พุตนี้อาจเกิดขึ้นชั่วขณะและ LED อาจสร้างความสว่างสั้น ๆ เพียงสองสามดวงซึ่งอาจไม่มีใครสังเกตเห็นได้อย่างง่ายดาย

เพื่อหลีกเลี่ยงสถานการณ์นี้เอาต์พุต IC7 จะใช้เพื่อขับเคลื่อนชุดพื้นฐาน / รีเซ็ตวงจร bistable ที่สร้างขึ้นโดยการเดินสายคู่ของประตู IC2 ที่ว่างเปล่าตามปกติและต่อมาสลักจะสลับไฟ LED แสดงสถานะ LED1 IC6 สองตัวและสลักถูกรีเซ็ตโดย IC3 เพื่อให้วงจรล้นเริ่มต้นตั้งแต่เริ่มต้นเมื่อใดก็ตามที่มีการใช้การอ่านค่าทดสอบใหม่

วิธีการสร้าง

การสร้างวงจรมิเตอร์วัดความจุ 3 หลักนี้เป็นเพียงการประกอบชิ้นส่วนทั้งหมดอย่างถูกต้องตามรูปแบบ PCB ที่กำหนดด้านล่าง

โปรดจำไว้ว่า IC เป็น CMOS ทุกประเภทดังนั้นจึงมีความไวต่อไฟฟ้าสถิตจากมือของคุณ เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายจากไฟฟ้าสถิตขอแนะนำให้ใช้ซ็อกเก็ต IC จับ ICs ไว้ที่ตัวและดันเข้าไปในซ็อกเก็ตโดยไม่ต้องสัมผัสกับพินในกระบวนการ

การสอบเทียบ

ก่อนที่คุณจะเริ่มปรับเทียบวงจรมิเตอร์วัดความจุ LED 3 หลักที่สรุปแล้วอาจเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องใช้ตัวเก็บประจุที่มีความทนทานต่ำและขนาดซึ่งให้ค่าประมาณ 50 ถึง 100% ของช่วงสเกลเต็มของมิเตอร์

ลองนึกภาพว่า C6 ได้รวมอยู่ในหน่วยและถูกนำไปใช้เพื่อสอบเทียบมิเตอร์ ตอนนี้ปรับอุปกรณ์เป็นช่วง # 1 (9.99 nF เต็มสเกล) แล้วใส่ลิงค์ตรงข้าม SK2 และ SK4

จากนั้นให้ปรับ RV1 อย่างนุ่มนวลเพื่อให้เห็นภาพการอ่าน 4.7nF ที่เหมาะสมบนจอแสดงผล เมื่อเสร็จแล้วคุณจะพบหน่วยที่แสดงการอ่านค่าที่ถูกต้องสอดคล้องกันในช่วงของตัวเก็บประจุ

อย่างไรก็ตามโปรดอย่าคาดหวังว่าการอ่านจะถูกต้องทั้งหมด เครื่องวัดความจุ 3 หลักในตัวนั้นค่อนข้างแม่นยำแม้ว่าตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้จะมาพร้อมกับความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยอย่างแน่นอน

เหตุใดจึงใช้จอแสดงผล LED 3 จอ

ตัวเก็บประจุจำนวนมากมักจะมีความคลาดเคลื่อนค่อนข้างมากแม้ว่าพันธุ์ต่างๆจำนวนหนึ่งอาจมีอัตราความแม่นยำสูงกว่า 10% ในทางปฏิบัติการเปิดตัวตัวเลขจอแสดงผล LED ตัวที่ 3 อาจไม่ได้รับความชอบธรรมในแง่ของความแม่นยำที่คาดหวัง แต่ก็เป็นข้อได้เปรียบเนื่องจากการขยายความจุต่ำสุดอย่างมีประสิทธิภาพที่อุปกรณ์สามารถอ่านได้ตลอดทศวรรษ

การทดสอบตัวเก็บประจุแบบเก่า

ในกรณีที่มีการทดสอบตัวเก็บประจุเก่าด้วยอุปกรณ์นี้คุณอาจเห็นว่าการอ่านค่าดิจิตอลบนจอแสดงผลจะค่อยๆสูงขึ้น สิ่งนี้อาจไม่จำเป็นต้องบ่งบอกถึงตัวเก็บประจุที่ผิดปกติ แต่อาจเป็นเพราะนิ้วของเราอุ่นขึ้นทำให้ค่าตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ในขณะที่ใส่ตัวเก็บประจุในสล็อต SKI และ SK2 ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้จับตัวเก็บประจุไว้ข้างตัวไม่ใช่นำไปสู่

การทดสอบ Overrange Capacitors มูลค่าสูง

ตัวเก็บประจุที่มีค่าสูงซึ่งไม่อยู่ในช่วงของเครื่องวัดความจุ LED นี้สามารถตรวจสอบได้โดยการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุที่มีค่าสูงในอนุกรมกับตัวเก็บประจุที่มีค่าต่ำกว่าจากนั้นทดสอบความจุของอนุกรมทั้งหมดของทั้งสองหน่วย

สมมติว่าเราต้องการตรวจสอบตัวเก็บประจุที่มีค่า 470 µF พิมพ์อยู่ สามารถใช้งานได้โดยการติดแบบอนุกรมด้วยตัวเก็บประจุ 100µF จากนั้นสามารถตรวจสอบค่าของตัวเก็บประจุ 470 µF ได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82.5 µF

82.5 µF จะยืนยันว่า 470 µF ใช้ได้ตามค่าของมัน แต่สมมติว่าถ้ามิเตอร์แสดงค่าการอ่านอื่น ๆ เช่น 80 thatF นั่นจะหมายถึง 470 µF ไม่ตกลงเนื่องจากค่าที่แท้จริงของมันจะเป็น:

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

ผลลัพธ์บ่งชี้ว่าสุขภาพของตัวเก็บประจุ 470F ที่ผ่านการทดสอบอาจไม่ดีมาก

ซ็อกเก็ตเพิ่มเติมสองซ็อกเก็ต (SK3 และ SK4) และตัวเก็บประจุ C6 สามารถดูได้ในแผนภาพ ความตั้งใจของ SK3 คือทำให้ง่ายสำหรับการปล่อยองค์ประกอบทดสอบโดยการสัมผัสข้าม SK1 และ SK3 ก่อนที่จะเสียบเข้ากับ SKI และ SK2 สำหรับการวัด

สิ่งนี้ใช้ได้เฉพาะกับตัวเก็บประจุที่อาจมีแนวโน้มที่จะเก็บประจุที่เหลือบางส่วนเมื่อนำออกจากวงจรก่อนการทดสอบ ตัวเก็บประจุชนิดที่มีค่าสูงและแรงดันสูงเป็นตัวเก็บประจุที่อาจเสี่ยงต่อปัญหานี้

อย่างไรก็ตามในสภาวะที่ร้ายแรงตัวเก็บประจุอาจจำเป็นต้องระบายออกอย่างเบามือผ่านตัวต้านทานที่มีเลือดออกก่อนที่จะนำออกจากวงจร เหตุผลในการรวม SK3 คือเพื่อให้ตัวเก็บประจุที่อยู่ระหว่างการทดสอบสามารถระบายออกได้โดยการเชื่อมต่อระหว่าง SK1 และ SK3 ก่อนที่จะทดสอบกับ SKI และ SK2 สำหรับการวัด

C6 เป็นตัวเก็บประจุตัวอย่างที่สะดวกพร้อมใช้งานเพื่อการสอบเทียบอย่างรวดเร็ว ในกรณีที่ตัวเก็บประจุที่อยู่ระหว่างการทดสอบแสดงการอ่านที่มีข้อบกพร่องอาจจำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้ช่วง 1 และวางจัมเปอร์ลิงค์ข้าม SK2 ถึง SK4 เพื่อให้ C6 เชื่อมต่อเป็นตัวเก็บประจุทดสอบ จากนั้นคุณอาจต้องการตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการระบุค่าที่ถูกต้องของ 47nF บนจอแสดงผล

อย่างไรก็ตามมีสิ่งหนึ่งที่ต้องทำความเข้าใจ: มิเตอร์ด้วยตัวเองมีความแม่นยำพอสมควรภายในไม่กี่% บวก / ลบนอกเหนือจากค่าตัวเก็บประจุเกือบจะเหมือนกับค่าการสอบเทียบ ปัญหาเพิ่มเติมคือการอ่านค่าตัวเก็บประจุอาจขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและพารามิเตอร์ภายนอกบางอย่าง ในกรณีที่การอ่านค่าความจุแสดงข้อผิดพลาดเล็กน้อยเกินกว่าค่าความอดทนสิ่งนี้มักบ่งชี้ว่าชิ้นส่วนนั้นใช้ได้อย่างสมบูรณ์และไม่มีข้อบกพร่องใด ๆ

ส่วนรายการ