2 Circuitos Medidores de Capacitância Simples Explicados - Usando IC 555 e IC 74121

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Neste post, vamos falar sobre alguns pequenos circuitos fáceis, mas muito úteis, na forma de medidor de frequência e medidor de capacitância usando o onipresente IC 555.

Como funcionam os capacitores

Capacitores são um dos principais componentes eletrônicos da família de componentes passivos.



Eles são amplamente usados ​​em circuitos eletrônicos e praticamente nenhum circuito pode ser construído sem envolver essas partes importantes.

A função básica de um capacitor é bloquear DC e passar AC ou, em palavras simples, qualquer tensão que esteja pulsando na natureza poderá passar por um capacitor e qualquer tensão que não esteja polarizada ou na forma de DC será bloqueada por um capacitor durante o processo de carregamento.



Outra função importante dos capacitores é armazenar eletricidade por meio de carregamento e fornecê-la de volta a um circuito conectado pelo processo de descarga.

Os dois acima principais funções dos capacitores são usados ​​para implementar uma variedade de operações cruciais em circuitos eletrônicos que permitem obter saídas de acordo com as especificações exigidas do projeto.

Porém diferente resistores, capacitores são difíceis de medir por meio de métodos comuns.

Por exemplo, um multitester comum pode ter muitos recursos de medição incluídos, como um medidor OHM, voltímetro, amperímetro, testador de diodo, testador hFE etc., mas pode simplesmente não ter o ilusório recurso de medição de capacitância .

O recurso de um medidor de capacitância ou um medidor de indutância está disponível apenas em multímetros de última geração, que definitivamente não são baratos e nem todo amador novo pode estar interessado em adquirir um.

O circuito discutido aqui aborda de forma muito eficaz esses problemas e mostra como construir uma capacitância simples e barata medidor de freqüência que pode ser construído em casa por qualquer novato eletrônico e usado para a aplicação útil pretendida.

Diagrama de circuito

Diagrama de Circuito do Medidor de Freqüência baseado em IC 555

Como a frequência funciona para detectar a capacitância

Referindo-se à figura, o IC 555 forma o coração de toda a configuração.

Este versátil chip do cavalo de trabalho é configurado em seu modo mais padrão, que é o modo multivibrador monoestável.
Cada pico positivo do pulso aplicado na entrada que é o pino # 2 do IC cria uma saída estável com algum período fixo predeterminado definido pelo P1 predefinido.

No entanto, para cada queda no pico do pulso, o monoestável é redefinido e disparado automaticamente com o próximo pico que chega.

Isso gera uma espécie de valor médio na saída do IC, que é diretamente proporcional à frequência do relógio aplicado.

Em outras palavras, a saída do IC 555, que consiste em alguns resistores e capacitores, integra a série de pulsos para fornecer um valor médio estável diretamente proporcional à frequência aplicada.

O valor médio pode ser facilmente lido ou exibido em um medidor de bobina móvel conectado entre os pontos mostrados.

Portanto, a leitura acima fornecerá uma leitura direta da frequência, portanto, temos um medidor de frequência de aparência elegante à nossa disposição.

Usando frequência para medir capacitância

Agora olhando para a próxima figura abaixo podemos ver claramente que adicionando um gerador de frequência externo (IC 555 astável) ao circuito anterior, torna-se possível fazer o medidor interpretar os valores de um capacitor através dos pontos indicados, pois este capacitor diretamente afeta ou é proporcional à frequência do circuito do relógio.

circuito medidor de capacitância simples baseado em IC 555

Portanto, o valor da frequência líquida agora mostrado na saída corresponderá ao valor do capacitor conectado nos pontos discutidos acima.

Isso significa que agora temos um circuito dois em um que pode medir tanto a capacitância quanto a frequência, usando apenas alguns CIs e algumas peças eletrônicas casuais. Com poucas modificações, o circuito pode ser facilmente usado como um tacômetro ou como um equipamento de contador de RPM.

Lista de Peças

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

Medidor de capacitância usando IC 74121

Este circuito medidor de capacitância simples fornece 14 faixas de medição de capacitância calibradas linearmente, de 5 pF a 15 uF FSD. S1 é empregado como uma chave de alcance e opera em colaboração com S4 (s1 / x10) e S3 (x l) ou S2 (x3). O IC 7413 opera como um oscilador astável, juntamente com R1 e C1 a C6 que atuam como os elementos determinantes de frequência.

Este estágio ativa o IC 74121 (um multivibrador monoestável) para que ele gere uma onda quadrada assimétrica com uma frequência recorrente cujo valor é decidido pelas partes R1 e C1 a C6 e com um ciclo de trabalho conforme decidido por R2 (ou R3) e Cx .

O valor típico dessa tensão de onda quadrada muda linearmente conforme o ciclo de trabalho é alterado, que por sua vez é modificado linearmente com base no valor de Cs, o valor de R2 / R3 (s10 / x I) e a frequência (estabelecida pelo Posição do interruptor S1).

As chaves seletoras de faixa final S3j ..- xl) e 52 (x3) basicamente inserem um resistor em série com o medidor. A configuração em torno dos pinos 10 e 11 do IC 74121 e para o Cx deve ser tão curta e rígida quanto possível, para garantir que a capacitância parasita aqui seja mínima e sem flutuações. P5 e P4 são empregados para calibração zero independente para faixas de baixa capacitância. Para todas as faixas mais altas, a calibração feita por oreset P3 é apenas suficiente. F.s.d. a calibração é bastante direta.

Inicialmente, não solde o C6 no circuito, em vez disso, conecte-o aos terminais marcados com Cx para o capacitor desconhecido. Coloque S1 na posição 3, S4 na posição x1 e S2 fechado (s3), isso é configurado para os intervalos de 1500 pF f.s.d. Agora, C6 está pronto para ser aplicado como um valor de referência de calibração. Em seguida, o potenciômetro P1 é ajustado até que o medidor decifre 2/3 do f.s.d. Então, S4 poderia ser movido para a posição 'x 10', S2 mantido aberto e S3 fechado (x1), isso se compara a 5000 pF f.s.d., enquanto se trabalha com C6 como o capacitor desconhecido. O resultado para esta configuração completa deve fornecer 1/5 de fs.d.

Por outro lado, você pode adquirir uma variedade de capacitores conhecidos com precisão e usá-los nos pontos Cx e, em seguida, ajustar os vários potenciômetros para fixar as calibrações no mostrador do medidor apropriadamente.

Design PCB

Outro circuito de medidor de capacitância simples, porém preciso

Quando uma tensão constante é aplicada a um capacitor por meio de um resistor, a carga do capacitor aumenta de forma exponencial. Mas se a alimentação através de um capacitor é de uma fonte de corrente constante, a carga no capacitor exibe um aumento que é praticamente linear.

Este princípio no qual um capacitor é carregado linearmente é usado aqui no medidor de capacitância simples discutido abaixo. Ele é projetado para medir valores de capacitores bem além do alcance de muitos medidores analógicos semelhantes.

Usando uma fonte de corrente constante, o medidor estabelece o tempo necessário para complementar a carga do capacitor desconhecido para alguma tensão de referência conhecida. O medidor oferece 5 faixas de escala completa de 1,10, 100, 1000 e 10.000 µF. Na escala de 1 µF, valores de capacitância tão pequenos quanto 0,01 µF podem ser medidos sem dificuldade.

Como funciona.

Conforme exibido na Figura, as peças D1, D2, R6, Q1 e um dos resistores em R1 a R5 fornecem 5 seleção para o fornecimento de corrente constante através do interruptor S1A.

Quando S2 é mantido na posição indicada, esta corrente constante é encurtada para o terra através de S2A. Quando S2 é comutado na seleção alternativa, a corrente constante é conduzida para o capacitor em teste, através de BP1 e BP2, o que força a carga do capacitor no modo linear.

O amplificador operacional IC1 é conectado como um comparador, com seu pino de entrada (+) conectado a R8, que fixa o nível de tensão de referência.

Assim que a carga linearmente crescente no capacitor sob teste atinge alguns milivolts acima do pino de entrada (-) do IC1, ele muda instantaneamente a saída do comparador de +12 volts para -12 volts.

Isso faz com que a saída do comparador ative uma fonte de corrente constante feita usando as partes D3, D4, D5, R10, R11 e Q2.

No caso de S2A ser comutado para terra, assim como S2B, isso resulta no curto-circuito dos terminais do capacitor C1, transformando o potencial em C1 para zero. Com S2 na condição aberta, a passagem de corrente constante por C1 aciona a tensão em C1 para aumentar de forma linear.

Quando a tensão no capacitor em teste faz com que o comparador alterne, o diodo D6 fica com polarização reversa. Esta ação impede que C1 continue a carregar.

Uma vez que o carregamento de C1 só acontece até o ponto em que o status de saída do comparador apenas muda, implica que a tensão desenvolvida através dele deve ser diretamente proporcional ao valor de capacitância do capacitor desconhecido.

Para garantir que o C1 não descarregue enquanto o medidor M1 mede sua tensão, um estágio de buffer de alta impedância, criado usando IC2, é incorporado ao medidor M1.

O resistor R13 e o medidor M1 constituem um monitor de voltímetro básico de cerca de 1 V FSD. Quando necessário, um voltímetro remoto pode ser empregado, desde que tenha uma faixa de escala completa de menos de 8 volts. (No caso de você incorporar este tipo de medidor externo, certifique-se de definir R8 na faixa de 1 µF, de modo que um capacitor de 1 µF identificado com precisão corresponda a uma leitura de 1 volt.)

O capacitor C2 é utilizado para neutralizar a oscilação da fonte de corrente constante Q1, e R9 e R12 são empregados para proteger os amplificadores operacionais no caso de a fonte DC ser desligada durante o tempo em que o capacitor em teste e C1 estão sendo carregados, ou caso contrário, eles poderiam começar a descarregar através dos amplificadores operacionais, causando danos.

Lista de Peças

Projetos de PCB

Como Calibrar

Antes de fornecer energia para o circuito do medidor de capacitância, use uma chave de fenda fina para ajustar a agulha do medidor M1 com precisão ao nível zero.

Posicione um capacitor conhecido com precisão em torno de 0,5 e 1,0 µF a +/- 5%. Isso funcionaria como a 'referência de calibração'.

Conecte este capacitor em BP1 e BP2 (lado positivo de BP1). Ajuste a chave de intervalo S1 para a posição '1' (o medidor deve exibir escala completa de 1 µF).

Posicione S2 para desconectar o fio terra dos dois circuitos (coletor Q1 e Cl). O medidor M1 agora começará um movimento de alta qualidade e se estabelecerá em uma leitura específica. Alternar S2 para trás deve resultar na queda do medidor na marca de zero volt. Altere S2 mais uma vez e confirme a leitura superior do medidor.

Alternativamente, pule S2 e ajuste R8 até encontrar o medidor mostrando o valor preciso de 5% da calibração do capacitor. O acima, apenas uma configuração de calibração será suficiente para as faixas restantes.




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