Circuito de medidor de capacitância LED de 3 dígitos

Este projeto é mais um equipamento de teste que pode ser extremamente útil para qualquer aquarista eletrônico, e construir esta unidade pode ser muito divertido.

Um medidor de capacitância é um equipamento de teste muito útil, pois permite ao usuário verificar o capacitor desejado e confirmar sua confiabilidade.

A maioria dos medidores digitais comuns ou padrão não tem um medidor de capacitância e, portanto, um entusiasta da eletrônica tem que depender de medidores caros para obter esse recurso.

O circuito discutido no artigo a seguir explica um medidor de capacitância de LED de 3 dígitos avançado, porém barato, que fornece uma medição razoavelmente precisa para uma variedade de capacitores que são comumente usados ​​em todos os circuitos eletrônicos contemporâneos.

Faixas de capacitância

O projeto do circuito do medidor de capacitância proposto fornece um display LED de 3 dígitos e mede os valores com cinco faixas, conforme indicado abaixo:

Faixa # 1 = 0 a 9,99nF
Faixa # 2 = 0 a 99,9nF
Faixa # 3 = 0 a 999nF
Faixa # 4 = 0 a 9,99µF
Faixa # 5 = 0 a 99,99 µF

As faixas acima incluem a maioria dos valores padrão, no entanto, o projeto é incapaz de determinar valores extremamente baixos de alguns picofarads ou capacitores eletrolíticos de alto valor.

Praticamente esta limitação pode não ser muito preocupante, uma vez que capacitores de valor extremamente baixo raramente são usados ​​nos circuitos eletrônicos atuais, enquanto os grandes capacitores podem ser testados utilizando um par de capacitores conectados em série, como será descrito em profundidade mais adiante em os parágrafos seguintes.

Como funciona

Um LED de aviso de transbordamento é incorporado para que leituras imprecisas sejam evitadas caso uma faixa inadequada seja escolhida. O dispositivo é alimentado por uma bateria de 9 volts e, portanto, é absolutamente portátil.

A Figura 2 exibe o diagrama de circuito para o oscilador de relógio, um oscilador de baixo Hz, controlador lógico e estágios de multivibrador monoestável do circuito medidor de capacitância de LED.

O contador / driver e os estágios do circuito de estouro são mostrados na próxima figura acima.

Olhando para a Figura 2, o IC5 é um regulador de tensão fixa de 5 volts que fornece uma saída de 5 volts bem regulada da fonte de bateria de 9 volts. Todo o circuito usa esta alimentação regulada de 5 volts para o funcionamento.

A bateria deve ter uma classificação de mAh alta, já que o uso atual do circuito é bastante grande, em torno de 85 mA. O consumo de corrente pode ir além de 100 mA sempre que a maioria dos dígitos do 3-display estiver sendo iluminada para o display.

O oscilador de baixa frequência é construído em torno do IC2a ​​e IC2b que são portas NOR CMOS. No entanto, neste circuito em particular, esses ICs são conectados como inversores básicos e aplicados através da configuração astável CMOS normal.

Observe que a frequência de trabalho do estágio do oscilador é bem maior em relação à frequência com que as leituras são fornecidas, pois este oscilador deve gerar 10 ciclos de saída para possibilitar a realização de um único ciclo de leitura.

IC3 e IC4a são configurados como o estágio de lógica de controle. IC3 que é um decodificador / contador CMOS 4017, inclui 10 saídas ('0' a '9'). Cada uma dessas saídas aumenta, em sucessão, para cada ciclo de clock de entrada consecutivo. Neste projeto específico, a saída '0' fornece o relógio de reinicialização para os contadores.

A saída '1' subsequentemente torna-se alta e alterna o monoestável que produz o pulso de porta para o circuito do relógio / contador. As saídas '2' a '8' estão desconectadas e o intervalo de tempo durante o qual essas 2 saídas ficam altas permite um pouco de tempo para que o pulso do gate possa ser concluído e permitir que a contagem termine.

A saída '9' fornece o sinal lógico que retém a nova leitura no display de LED, porém esta lógica precisa ser negativa. Isso é realizado com IC4a, que inverte o sinal da saída 9 para que ele se traduza em um pulso apropriado.

O multivibrador monoestável é uma versão padrão do CMOS que usa duas portas NOR de 2 entradas (IC4b e IC4c). Apesar de ser um design monoestável simples, ele oferece recursos que o tornam perfeitamente digno da aplicação atual.

Esta é uma forma não reativável e, como resultado, fornece um pulso de saída que é menor do que o pulso de disparo gerado pelo IC3. Esta função é realmente crítica, porque quando um tipo retriggerable é usado, a menor leitura do display pode ser bastante alta.

A autocapacitância do projeto proposto é mínima, o que é essencial, uma vez que um grau substancial de capacitância local poderia perturbar o atributo linear do circuito, resultando em uma enorme leitura de tela mais baixa.

Durante o uso, o display do protótipo pode ser visto com a leitura de '000' em todas as 5 faixas quando não há nenhum capacitor conectado nos slots de teste.

Os resistores R5 a R9 funcionam como resistores de seleção de faixa. Quando você diminui a resistência de temporização em etapas de década, a capacitância de temporização necessária para uma leitura particular aumenta em incrementos de década.

Se considerarmos que os resistores de faixa são classificados com tolerância de pelo menos 1%, esta configuração pode fornecer leituras confiáveis. Isso significa que pode não ser necessário que cada faixa seja calibrada separadamente.

R1 e S1a são conectados para executar o segmento do ponto decimal no display de LED correto, exceto para a Faixa 3 (999nF) em que a indicação do ponto decimal não é necessária. O oscilador de relógio é, na verdade, uma configuração 555 astável comum.

O potenciômetro RV1 é usado como o controlador de freqüência do relógio, para calibrar este medidor de capacitância LED. A saída monoestável é usada para controlar o pino 4 do IC 1, e o oscilador de clock será ativado apenas enquanto o período de gate estiver disponível. Esta função elimina a demanda por uma porta de sinal independente.

Agora, verificando a Figura 3, descobrimos que o circuito do contador está conectado usando 3 CIs CMOS 4011. Na verdade, eles não são reconhecidos pela família de lógica CMOS ideal; no entanto, são elementos extremamente flexíveis que merecem um consumo frequente.

Na verdade, eles são configurados como contadores de subida / descida com entradas de relógio individuais e saídas de transporte / empréstimo. Como pode ser entendido, o potencial de uso no modo de contador decrescente não tem sentido aqui, a entrada do relógio decrescente é, portanto, ligada à linha de alimentação negativa.

Os três contadores são conectados em sequência para permitir uma exibição convencional de 3 dígitos. Aqui, o IC9 é conectado para gerar o dígito menos significativo e o IC7 ativa o dígito mais significativo. O 4011 inclui um contador de décadas, um decodificador de sete segmentos e estágios de trava / driver de exibição.

Cada IC poderia, por esse motivo, substituir uma opção típica de contador / driver / trava estilo TTL de 3 chips. As saídas têm energia suficiente para iluminar diretamente qualquer tela de LED de sete segmentos de cátodo comum apropriado.

Apesar de uma alimentação de baixa tensão de 5 volts, é recomendado acionar cada segmento do display LED através de um resistor limitador de corrente para que o consumo de corrente de toda a unidade do medidor de caapcitância possa ser mantido abaixo de um nível aceitável.

A saída 'carry' do IC7 é aplicada à entrada de clock do IC6, que é um tipo dual D dividido por dois flip / flop. No entanto, neste circuito específico, apenas uma parte do IC é implementada. A saída IC6 mudará de estado apenas quando houver uma sobrecarga. Isso implica que, se a sobrecarga for significativamente alta, resultará em muitos ciclos de saída do IC7.

Alimentar diretamente o indicador LED LED1 através do IC6 pode ser bastante inapropriado, porque esta saída pode ser momentânea e o LED pode ser capaz de gerar apenas algumas pequenas iluminações que poderiam facilmente passar despercebidas.

A fim de evitar esta situação, a saída IC7 é usada para acionar um circuito biestável de configuração / reinicialização básico criado pela fiação de um par de portas normalmente vazias de IC2 e, subsequentemente, a trava liga o indicador LED LED1. Os dois IC6 e a trava são redefinidos pelo IC3 para que o circuito de estouro comece do zero sempre que uma nova leitura de teste for implementada.

Como construir

Construir este circuito medidor de capacitância de 3 dígitos é apenas montar todas as peças corretamente sobre o layout de PCB fornecido abaixo.

Lembre-se de que os IC são todos tipos de CMOS e, portanto, sensíveis à eletricidade estática de sua mão. Para evitar danos por eletricidade estática, recomenda-se o uso de soquetes de IC. Segure os ICs em seu corpo e empurre-os nos soquetes, sem tocar nos pinos no processo.

Calibração

Antes de começar a calibrar este circuito finalizado do medidor de capacitância de LED de 3 dígitos, pode ser importante empregar um capacitor com uma tolerância restrita e uma magnitude que forneça aproximadamente 50 a 100% da faixa de escala total do medidor.

Vamos imaginar que o C6 foi incorporado na unidade e é aplicado para calibrar o medidor. Agora, ajuste o dispositivo para a faixa # 1 (escala total de 9,99 nF) e insira um link direto entre SK2 e SK4.

Em seguida, ajuste o RV1 com muito cuidado para visualizar a leitura apropriada de 4,7nF no visor. Uma vez feito isso, você pode encontrar a unidade mostrando as leituras corretas correspondentes em uma variedade de capacitores.

No entanto, não espere que as leituras sejam exatamente precisas. O medidor de capacitância de 3 dígitos por si só é bastante preciso, embora, como discutido anteriormente, ele será praticamente acompanhado de algumas pequenas discrepâncias com certeza.

Por que 3 monitores LED são usados

Muitos capacitores tendem a ter tolerâncias bastante grandes, embora algumas variedades possam incluir uma taxa de precisão superior a 10%. Praticamente falando, a introdução do 3º dígito do display de LED pode não se justificar no que diz respeito à precisão esperada, porém é vantajosa pelo fato de que expande de forma eficiente a menor capacitância que o dispositivo é capaz de ler em uma década completa.

Testando Capacitores Antigos

Caso um capacitor antigo seja testado com este equipamento, você pode ver que a leitura digital no display está aumentando gradualmente. Isso pode não significar necessariamente um capacitor com defeito, mas pode ser simplesmente resultado do calor de nossos dedos, fazendo com que o valor do capacitor suba ligeiramente. Ao inserir um capacitor nas ranhuras SKI e SK2, certifique-se de segurar o capacitor pelo corpo, e não pelos fios.

Testando capacitores de alto valor acima da faixa

Os capacitores de alto valor que não estão dentro da faixa deste medidor de capacitância de LED podem ser examinados conectando o capacitor de alto valor em série com um capacitor de valor inferior e, em seguida, testando a capacitância em série total das duas unidades.

Digamos que queremos examinar um capacitor com um valor de 470 µF impresso nele. Isso pode ser implementado conectando-o em série com um capacitor de 100 µF. Então, o valor do capacitor 470 µF pode ser verificado usando a seguinte fórmula:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 µF

O 82,5 µF confirmará que 470 µF está bem com seu valor. Mas suponha que, se o medidor mostrar alguma outra leitura, como 80 µF, isso significaria que 470 µF não está OK, já que seu valor real seria:

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

O resultado indica que a integridade do capacitor de 470µF testado pode não ser muito boa

Os dois soquetes adicionais (SK3 e SK4) e o capacitor C6 podem ser vistos no diagrama. A intenção do SK3 é tornar mais fácil para os elementos de teste serem descarregados tocando em SK1 e SK3 antes de plugá-los em SKI e SK2 para a medição.

Isso se aplica apenas aos capacitores que podem ter a tendência de armazenar alguma carga residual quando removidos de um circuito antes do teste. Capacitores de alto valor e alta tensão são os que podem ser suscetíveis a esse problema.

No entanto, em condições graves, os capacitores podem precisar ser descarregados suavemente por meio de um resistor de purga antes de retirá-los de um circuito. A razão para incluir o SK3 é permitir que o capacitor sob teste seja descarregado conectando-se ao SK1 e SK3 antes de testá-los no SKI e SK2 para a medição.

C6 é um capacitor de amostra prático e pronto para usar para fins de calibração rápida. No caso de um capacitor em teste mostrar alguma falha na leitura, então pode ser essencial mudar para a faixa 1, e colocar um link de ponte entre SK2 e SK4 para que C6 seja conectado como o capacitor de teste. Em seguida, você pode querer verificar se um valor legítimo de 47nF é indicado nas telas.

No entanto, há uma coisa que precisa ser entendida: o medidor por si só é bastante preciso em alguns% mais / menos, exceto pelos valores do capacitor quase idênticos ao valor de calibração. Um problema adicional é que as leituras do capacitor podem depender da temperatura e de alguns parâmetros externos. No caso de uma leitura de capacitância mostrar um ligeiro erro em excesso ao seu valor de tolerância, isso provavelmente indica que a peça está absolutamente OK e de forma alguma com defeito.

Lista de Peças