מעגל מד קיבוליות עם 3 ספרות

פרויקט זה הוא ציוד בדיקה נוסף שיכול להיות שימושי ביותר לכל חובב אלקטרוני, ובניית יחידה זו יכולה להיות מהנה מאוד.

מד קיבוליות הוא ציוד בדיקה שימושי ביותר מכיוון שהוא מאפשר למשתמש לבדוק קבלים רצויים ולאשר את מהימנותו.

למונים דיגיטליים רגילים או סטנדרטיים לרוב אין מתקן למדי קיבול, ולכן חובב אלקטרוני צריך להיות תלוי במונים יקרים כדי להשיג מתקן זה.

המעגל שנדון במאמר הבא, מסביר מד קיבולי LED מתקדם אך זול, המספק מדידה מדויקת למדי למגוון קבלים המשמשים בדרך כלל בכל המעגלים האלקטרוניים העכשוויים.

טווחי קיבול

תכנון מעגל מד הקיבול המוצע מספק תצוגת LED בת שלוש ספרות, והיא מודדת את הערכים בחמישה טווחים, כמפורט להלן:

טווח מס '1 = 0 עד 9.99nF
טווח מס '2 = 0 עד 99.9nF
טווח מס '3 = 0 עד 999nF
טווח מס '4 = 0 עד 9.99µF
טווח מס '5 = 0 עד 99.99µF

הטווחים לעיל כוללים את רוב הערכים הסטנדרטיים, אולם העיצוב אינו מסוגל לקבוע ערכים נמוכים במיוחד של כמה פיקופארדים, או קבלים אלקטרוליטיים בעלי ערך גבוה.

למעשה מגבלה זו עשויה לא להוות יותר מדי דאגה מכיוון שקבלים בעלי ערך נמוך במיוחד משמשים לעיתים רחוקות במעגלים אלקטרוניים של ימינו, בעוד שהקבלים הגדולים ניתנים לבדיקה תוך שימוש בכמה קבלים המחוברים לסדרה, כפי שיתואר לעומק בהמשך את הפסקאות הבאות.

איך זה עובד

נורית אזהרת הצפה משולבת על מנת למנוע קריאות לא מדויקות במקרה שנבחר טווח לא הולם. המכשיר מונע באמצעות סוללת 9 וולט, ומכאן שהוא נייד לחלוטין.

איור 2 מציג את דיאגרמת המעגל עבור מתנד השעון, מתנד בהרץ נמוך, בקר לוגיקה ושלבי מולטיברטור מונו-סטטיים של מעגל מד הקיבוליות LED.

שלבי המונה / הנהג ומעגל ההצפה מוצגים באיור הבא לעיל.

אם מסתכלים על איור 2, IC5 הוא ווסת מתח קבוע 5 וולט המספק פלט 5 וולט מוסדר היטב ממקור הסוללה 9 וולט. המעגל כולו משתמש בהספק 5 וולט מוסדר זה לתפקוד.

הסוללה צריכה להיות בדרגת mAh גבוהה מכיוון שהשימוש הנוכחי במעגל גדול למדי בסביבות 85 mA. הצריכה הנוכחית יכולה לחרוג מ- 100 מיליאמפר בכל פעם שרוב הספרות בתצוגה 3 מוארות להצגה.

המתנד בתדירות נמוכה בנוי סביב IC2a ​​ו- IC2b שהם שערי CMOS NOR. אף על פי כן, במעגל מסוים זה מחברים כוננים אלה כממירים בסיסיים ומוחלים באמצעות התקנה נורמלית של CMOS.

שים לב שתדירות העבודה של שלב המתנד גדולה בהרבה בהשוואה לתדירות בה מתבצעות הקריאות, מכיוון שמתנד זה צריך לייצר 10 מחזורי פלט כדי לאפשר השלמת מחזור קריאה יחיד.

IC3 ו- IC4a מוגדרים כשלב לוגיקת הבקרה. IC3 שהוא מפענח / מונה של CMOS 4017, כולל 10 יציאות ('0' עד '9'). כל אחת מהפלטים הללו הולכת גבוהה, ברצף, לכל מחזור שעון קלט רצוף. בתכנון הספציפי הזה '0' מספק את שעון האיפוס לדלפקים.

פלט '1' הופך לאחר מכן לגורם ומחליף את היחיד המייצר את דופק השער למעגל השעון / מונה. היציאות '2' עד '8' אינן מחוברות, ומרווח הזמן שבמהלכו 2 היציאות הללו הופכות לגובה מאפשר מעט זמן, כך שדופק השער יכול להשלים ולאפשר לספירה להסתיים.

פלט '9' מספק את אות ההיגיון התוחם את הקריאה החדשה מעל צג ה- LED, אולם ההיגיון הזה צריך להיות שלילי. זה נעשה באמצעות IC4a אשר הופך את האות מפלט 9 כך שהוא מתורגם לדופק מתאים.

המולטיברטור המונסטול הוא גרסת CMOS רגילה המשתמשת בכמה שני שערי NOR קלט (IC4b ו- IC4c). למרות היותו עיצוב מונוסטבי פשוט, הוא מציע תכונות שהופכות אותו ראוי לחלוטין ליישום הנוכחי.

זוהי צורה שאינה ניתנת להפעלה, וכתוצאה מכך היא מספקת דופק פלט קטן מדופק ההדק שנוצר מ- IC3. פונקציה זו היא למעשה קריטית, מכיוון שכאשר משתמשים בסוג הפעלה מחדש, הקריאה הנמוכה ביותר בתצוגה יכולה להיות גבוהה למדי.

הקיבול העצמי של התכנון המוצע הוא די מינימלי, דבר שחיוני מכיוון שדרגה משמעותית של קיבול מקומי עלולה להפריע לתכונה הליניארית של המעגל, וכתוצאה מכך לקריאת תצוגה נמוכה ביותר.

תוך כדי שימוש ניתן היה לראות את תצוגת האב-טיפוס עם קריאת '000' בכל חמשת הטווחים כשאין קבלים המחוברים לחריצי בדיקה.

נגדים R5 עד R9 מתפקדים כנגדים לבחירת טווח. כאשר אתה מקטין את התנגדות התזמון על פני שלבי עשור, קיבול התזמון הנדרש לקריאה מסוימת גדל במרווחי העשור.

אם ניקח בחשבון כי נגדי הטווח מדורגים עם סובלנות של לפחות 1%, ניתן לצפות שמערך זה יספק קריאות אמינות. פירוש הדבר, יתכן שלא יהיה צורך בכיול כל טווח בנפרד.

R1 ו- S1a מחוברים להפעלת קטע הנקודה העשרונית בתצוגת LED הנכונה, למעט טווח 3 (999nF) בו אין צורך בחיווי נקודה עשרונית. מתנד השעון הוא למעשה תצורה שכיחה של 555.

פוט RV1 משמש כבקר תדר השעון, לכיול מד הקיבול LED הזה. הפלט המונוסטבי משמש לשליטה בסיכה 4 של IC 1, ומתנד השעון יופעל רק בזמן שתקופת השער תהיה זמינה. פונקציה זו מבטלת את הדרישה לשער אות עצמאי.

כעת בבדיקת איור 3 נמצא כי מעגל הנגד מחובר באמצעות 3 ICS 4011 ICs. אלה למעשה אינם מוכרים ממשפחת ההיגיון האידיאלית של CMOS, אך עם זאת מדובר באלמנטים גמישים ביותר שראויים לצריכה תכופה.

אלה מוגדרים למעשה כדלפקים למעלה / למטה בעלי כניסות שעון אינדיבידואליות ויציאות נשיאה / השאלה. כפי שניתן להבין, לפוטנציאל השימוש במצב דלפק למטה אין משמעות כאן, כניסת השעון למטה מחוברת אפוא לקו האספקה ​​השלילי.

שלושת הדלפקים מחוברים ברצף כדי לאפשר תצוגה רגילה בת 3 ספרות. כאן, IC9 מחובר ליצירת הספרה הכי פחות משמעותית ו- IC7 מאפשרת את הספרה המשמעותית ביותר. ה- 4011 כולל מונה לעשור, מפענח של שבעה קטעים ושלבי נהג תפס / תצוגה.

כל IC יכול מסיבה זו להחליף אפשרות אופיינית למונה / נהג / תפס 3 בסגנון TTL בעל 3 שבבים. ליציאות יש מספיק כוח בכדי להאיר ישירות כל תצוגת LED משותפת המתאימה לשבעה קטעים.

למרות אספקת מתח נמוכה של 5 וולט, מומלץ לנהוג בכל קטע תצוגת LED בודד דרך נגד מגביל זרם, כך שתוכל לשמור על צריכת הזרם של כל יחידת מד הספקת מתחת לרמה מקובלת.

פלט ה'נשיאה 'של ה- IC7 מוחל על כניסת השעון IC6, כלומר סוג D כפול המחולק בשני כפכפים / פלופ. עם זאת במעגל מסוים זה מיושם רק חלק אחד מה- IC. פלט IC6 יעבור למצב רק כשיש עומס יתר. זה מרמז, אם העומס גבוה משמעותית יביא למחזורי פלט רבים מ- IC7.

הפעלה ישירה של נורית LED מחוון LED דרך IC6 עשויה להיות לא הולמת למדי, מכיוון שהפלט הזה יכול להיות רגעי וייתכן שהנורית תצליח ליצור רק כמה תאורות קצרות שניתן יהיה להבחין בהן בקלות.

על מנת להימנע ממצב זה, נעשה שימוש בפלט IC7 להפעלת מעגל בסיסי להגדרה / איפוס ביסטלי שנוצר על ידי חיווט של זוג שערים ריקים בדרך כלל של IC2, ובעקבות כך התפס מעביר את נורית חיווי LED 1. שני ה- IC6 והתפס מתאפסים על ידי IC3 על מנת שמעגל ההצפה יתחיל מאפס בכל פעם שתופעל קריאת בדיקה חדשה.

איך לבנות

בניית מעגל מד הקיבול בן 3 הספרות היא כמעט הרכבה נכונה של כל החלקים על פי פריסת ה- PCB הנתונה להלן.

זכור כי ה- IC הם כל סוגי ה- CMOS ולכן הם רגישים לחשמל סטטי מהיד שלך. כדי למנוע נזק באמצעות חשמל סטטי מומלץ להשתמש בשקעי IC. החזיקו את ה- IC על גופם ודחפו לשקעים, מבלי לגעת בסיכות תוך כדי.

כִּיוּל

לפני שתתחיל לכייל את מעגל מד הקיבול LED הסופי הזה, ייתכן שיהיה חשוב להשתמש בקבל בעל סובלנות הדוקה ובעוצמה המספקת כ -50 עד 100% מכל טווח המידה של המונה.

בואו נדמיין ש- C6 שולבה ביחידה והיא מיושמת לכיול המונה. כעת התאם את המכשיר לטווח מס '1 (9.99 nF בקנה מידה מלא) והוסף קישור ישיר על פני SK2 ו- SK4.

לאחר מכן, התאם בעדינות רבה את RV1 כדי לדמיין את הקריאה המתאימה של 4.7nF בתצוגה. לאחר שתסיים זאת, ייתכן שתמצא את היחידה המציגה את הקריאות הנכונות המתאימות במגוון קבלים.

עם זאת אנא אל תצפו שהקריאות יהיו מדויקות בדיוק. מד הקיבול התלת-ספרתי בפני עצמו הוא מדויק למדי, אם כי, כפי שפורט קודם, הוא ילווה כמעט כמה פערים קלים בוודאות.

מדוע משתמשים ב -3 תצוגות LED

בקבלים רבים נוטים להיות בעלי סובלנות די גדולות, אם כי קומץ זנים עשוי לכלול שיעור דיוק גבוה מ -10%. מבחינה מעשית, הכנסת ספרת תצוגת ה- LED השלישית עשויה שלא להיות מוצדקת ביחס לדיוק הצפוי, אך עם זאת היא מועילה בשל העובדה שהיא מרחיבה ביעילות את הקיבול הנמוך ביותר שהמכשיר מסוגל לקרוא במשך עשור שלם.

בדיקת קבלים ישנים

במקרה שקבל ישן נבדק עם ציוד זה, ייתכן שתראה שהקריאה הדיגיטלית בתצוגה עולה בהדרגה. זה לא בהכרח מסמל קבלים פגומים, אלא זה יכול להיות פשוט כתוצאה מחום האצבעות שלנו שגורם לערך הקבל לעלות בשוליים. בעת הכנסת קבלים לחריצי SKI ו- SK2, הקפד להחזיק את הקבל בגופו, ולא במוליכים.

בדיקת קבלים בעלי ערך גבוה

קבלים בעלי ערך גבוה שאינם בטווח מד הקיבול LED הזה, ניתן לבחון על ידי חיבור הקבל בעל הערך הגבוה בסדרה עם קבלים בעלי ערך נמוך יותר, ואז לבדוק את קיבול הסדרה הכולל של שתי היחידות.

נניח, אנו רוצים לבחון קבל שעליו מודפס ערך של 470 µF. ניתן ליישם זאת על ידי הצמדתו בסדרה עם קבלים של 100 µF. אז ניתן לאמת את הערך של הקבל 470 µF באמצעות הנוסחה הבאה:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82.5 µF

82.5 µF יאשר כי 470 µF תקין בערכו. אבל נניח שאם המונה מראה קריאה אחרת כמו 80 µF, פירוש הדבר ש -470 µF אינו תקין, מכיוון שערכו האמיתי יהיה:

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

התוצאה מצביעה על כך שבריאות הקבל של 470 µF שנבדקה עשויה להיות לא טובה במיוחד

ניתן לראות את שני השקעים הנוספים (SK3 ו- SK4) והקבל C6 בתרשים. הכוונה של SK3 היא להקל על פריקת רכיבי הבדיקה על ידי נגיעה על פני SK1 ו- SK3 לפני שתקע אותם על פני SKI ו- SK2 לצורך המדידה.

זה חל רק על הקבלים שעשויים להיות בעלי נטייה לאחסן מטען שיורי כלשהו כאשר הם מוסרים ממעגל ממש לפני הבדיקה. קבלים בעלי ערך גבוה ומתח גבוה הם אלה שיכולים להיות רגישים לבעיה זו.

עם זאת, בתנאים קשים יתכן שיהיה צורך לפרוק קבלים בעדינות באמצעות נגיף דימום לפני הוצאתם מהמעגל. הסיבה לכלול SK3 היא לאפשר פריקת הקבל הנבדק על ידי חיבור על פני SK1 ו- SK3 לפני בדיקתם על פני SKI ו- SK2 לצורך המדידה.

C6 הוא קבל מדגם שימושי, מוכן לשימוש, לצורך כיול מהיר. במקרה שקבל שנבדק מראה קריאה לקויה כלשהי, זה יכול להיות חיוני לעבור לטווח 1 ולהצמיד קישור מגשר על פני SK2 ל- SK4 כך ש- C6 יתחבר כקבל הבדיקה. לאחר מכן, ייתכן שתרצה לבדוק שמציין ערך לגיטימי של 47nF.

עם זאת, יש להבין דבר אחד: המונה כשלעצמו מדויק למדי בתוך כמה אחוזים פלוס / מינוס, מלבד ערכי הקבלים כמעט זהים לערך הכיול. נושא נוסף הוא שקריאות הקבלים עשויות להיות תלויות בטמפרטורה ובכמה פרמטרים חיצוניים. במקרה שקריאת קיבול מראה שגיאה קלה העולה על ערך הסובלנות שלה, סביר להניח שזה מצביע על כך שהחלק תקין לחלוטין ואינו פגום בשום אופן.

רשימת חלקים