En aquesta publicació parlarem d’un parell de petits circuits fàcils però molt útils en forma de mesurador de freqüència i de capacitat mitjançant l’omnipresent IC 555.
Com funcionen els condensadors
Els condensadors són un dels components electrònics principals que pertanyen a la família de components passius.
S’utilitzen àmpliament en circuits electrònics i pràcticament no es pot construir cap circuit sense implicar aquestes parts importants.
La funció bàsica d’un condensador és bloquejar CC i passar AC o, en paraules simples, qualsevol voltatge que tingui una pulsació natural es permetrà passar a través d’un condensador i qualsevol voltatge que no estigui polaritzat o en forma de CC serà bloquejat per un condensador a través del procés de càrrega.
Una altra funció important dels condensadors és emmagatzemar electricitat mitjançant la càrrega i subministrar-la de nou a un circuit connectat mitjançant el procés de descàrrega.
Els dos anteriors funcions principals dels condensadors s’utilitzen per implementar una varietat d’operacions crucials en circuits electrònics que permeten obtenir sortides segons les especificacions requerides del disseny.
Tanmateix, a diferència resistències, condensadors són difícils de mesurar mitjançant mètodes ordinaris.
Per exemple, un multitester ordinari pot tenir moltes funcions de mesura incloses, com ara un comptador OHM, voltímetre, amperímetre, provador de díodes, provador hFE, etc., però potser no tingui la il·lusió característica de mesurament de la capacitat .
Es veu que la característica d’un mesurador de capacitat o un mesurador d’inductància només està disponible en multímetres de gamma alta que definitivament no són barats i que no tots els aficionats nous podrien estar interessats a adquirir-ne un.
El circuit que es discuteix aquí tracta de manera molt eficaç aquests problemes i mostra com es pot construir un simple capacitància econòmica mesurador de freqüència que pot ser construït a casa per qualsevol novell electrònic i utilitzar-lo per a l'aplicació útil prevista.
Esquema de connexions
Com funciona la freqüència per detectar la capacitat
En referència a la figura, l'IC 555 forma el cor de tota la configuració.
Aquest xip versàtil de cavall de treball està configurat en el seu mode més estàndard que és el mode multivibrador monoestable.
Cada pic positiu del pols aplicat a l'entrada que és el pin # 2 de l'IC crea una sortida estable amb un període fix predeterminat establert pel P1 predefinit.
Tanmateix, per a cada caiguda del pic del pols, el reinici monoestable i els disparadors automàtics amb el següent pic que arriba.
Això genera una mena de valor mitjà a la sortida del CI per al qual és directament proporcional a la freqüència del rellotge aplicat.
En altres paraules, la sortida de l'IC 555, que consisteix en uns quants resistors i condensadors, integra la sèrie d'impulsos per proporcionar un valor mitjà estable directament proporcional a la freqüència aplicada.
El valor mitjà es pot llegir o visualitzar fàcilment sobre un medidor de bobina mòbil connectat als punts mostrats.
Per tant, la lectura anterior donarà una lectura directa de la freqüència, de manera que tenim a la nostra disposició un mesurador de freqüència d’aspecte net.
Ús de freqüència per mesurar la capacitat
Ara, mirant la següent figura següent, podem veure clarament que, afegint un generador de freqüència extern (IC 555 astable) al circuit anterior, es pot fer que el comptador interpreti els valors d’un condensador a través dels punts indicats, ja que aquest condensador directament afecta o és proporcional a la freqüència del circuit de rellotge.
Per tant, el valor de freqüència neta que es mostra ara a la sortida correspondrà al valor del condensador connectat a través dels punts comentats anteriorment.
Això vol dir que ara tenim un circuit de dos en un que pot mesurar la capacitat i la freqüència, utilitzant només un parell de circuits integrats i algunes parts electròniques ocasionals. Amb petites modificacions, el circuit es pot utilitzar fàcilment com a tacòmetre o com a equip de comptador de revolucions.
Llista de peces
- R1 = 4K7
- R3 = POT SER VARIABLE 100K POT
- R4 = 3K3,
- R5 = 10.000,
- R6 = 1 K,
- R7 1K,
- R8 = 10.000,
- R9, R10 = 100K,
- C1 = 1uF / 25V,
- C2, C3, C6 = 100n,
- C4 = 33uF / 25V,
- T1 = BC547
- IC1, IC2 = 555,
- M1 = mesurador FSD de 1 V,
- D1, D2 = 1N4148
Mesurador de capacitat mitjançant IC 74121
Aquest senzill circuit de mesurament de capacitància proporciona 14 rangs de mesurament de la capacitat calibrats linealment, des de 5 pF fins a 15 uF FSD. S1 s’utilitza com a commutador d’abast i funciona en col·laboració amb S4 (s1 / x10) i S3 (x l) o S2 (x3). L'IC 7413 funciona com un oscil·lador astable, juntament amb R1 i C1 a C6 que actuen com els elements determinants de freqüència.
Aquesta etapa activa l'IC 74121 (un multivibrador monoestable) de manera que genera una ona quadrada asimètrica amb una freqüència recurrent quan el valor el decideixen les parts R1 i C1 a C6 i amb un cicle de treball segons decideixen R2 (o R3) i Cx .
El valor típic d’aquest voltatge d’ona quadrada canvia linealment a mesura que es canvia el cicle de treball, que al seu torn es modifica linealment en funció del valor de Cs, el valor de R2 / R3 (s10 / x I) i la freqüència (establerta per la Posició de l’interruptor S1).
El selector de rang final canvia S3j ..- xl) i 52 (x3) bàsicament per inserir una resistència en sèrie amb el mesurador. La configuració al voltant dels pins 10 i pin 11 de l'IC 74121, i per al Cx, ha de ser tan curta i rígida com sigui possible, per garantir que la capacitat de sortida aquí sigui mínima i sense fluctuacions. P5 i P4 s’utilitzen per a un calibratge zero independent per a rangs de baixa capacitat. Per a tots els intervals superiors, el calibratge realitzat per oreset P3 és suficient. F.s.d. el calibratge és bastant senzill.
No soldeu inicialment C6 en circuit sinó que el connecteu als terminals marcats Cx per al condensador desconegut. Poseu S1 a la posició 3, S4 a la posició x1 i S2 tancat (s3); això es configura per als rangs de 1500 pF f.s.d. Ara, C6 ja està a punt per aplicar-se com a valor de referència de calibratge. A continuació, es modifica el test P1 fins que el metre desxifra 2/3 de f.s.d. Aleshores, S4 es podria moure a la posició 'x 10', S2 es manté obert i S3 està tancat (x1), es compara amb 5000 pF f.s.d., mentre es treballa amb C6 com a condensador desconegut. El resultat d’aquesta configuració completa hauria de proporcionar 1/5 de fs.d.
D'altra banda, podeu adquirir un assortiment de condensadors coneguts amb precisió i utilitzar-los a través dels punts Cx i, a continuació, ajustar els diferents pots per fixar adequadament els calibratges del dial del comptador.
Disseny de PCB
Un altre circuit de mesurador de capacitat senzill però precís
Quan s'aplica una tensió constant a un condensador a través d'una resistència, la càrrega del condensador augmenta de manera exponencial. Però si l’alimentació d’un condensador prové d’una font de corrent constant, la càrrega del condensador presenta uns augments que són pràcticament lineals.
Aquest principi en el qual es carrega linealment un condensador s'utilitza aquí al mesurador de capacitància simple que es descriu a continuació. Està dissenyat per mesurar els valors del condensador molt més enllà del rang de molts comptadors analògics similars.
Mitjançant un subministrament de corrent constant, el mesurador estableix el temps que requereix per complementar la càrrega sobre el condensador desconegut fins a una tensió de referència coneguda. El mesurador proporciona 5 intervals a escala completa d’1,10, 100, 1000 i 10 000 µF. A l’escala d’1 µF es podrien mesurar sense dificultats valors de capacitat tan petits com 0,01 µF.
Com funciona.
Tal com es mostra a la figura, les parts D1, D2, R6, Q1 i una de les resistències de R1 a R5 proporcionen 5 seleccions per al subministrament de corrent constant a través del commutador S1A.
Quan S2 es manté a la posició indicada, aquest corrent constant és curt a terra a través de S2A. Quan S2 es commuta en la selecció alternativa, el corrent constant és conduït al condensador que es prova, a través de BP1 i BP2, cosa que força la càrrega del condensador en mode lineal.
L’ampli operatiu IC1 s’uneix com un comparador, amb el pin d’entrada (+) connectat a R8, que fixa el nivell de voltatge de referència.
Tan bon punt la càrrega linealment creixent a través del condensador que s’està provant arriba a uns milivolts més alta que el pin d’entrada (-) d’IC1, canvia instantàniament la sortida del comparador de +12 volts a -12 volts.
Això fa que la sortida del comparador activi una font de corrent constant feta amb les parts D3, D4, D5, R10, R11 i Q2.
En el cas que S2A es canviï a terra, igual que S2B, això provoca un curtcircuit dels terminals C1 del condensador, convertint el potencial a través de C1 a zero. Amb S2 en estat obert, el pas de corrent constant a través de C1 activa el voltatge a través de C1 per augmentar de manera lineal.
Quan la tensió a través del condensador que s’està provant fa que el comparador es commuti, es produeix que el díode D6 es converteixi en polaritzat invers. Aquesta acció impedeix que C1 es carregui més.
Atès que la càrrega de C1 només es produeix fins al punt en què l'estat de sortida del comparador només canvia, implica que la tensió desenvolupada a través d'ell hauria de ser directament proporcional al valor de la capacitat del condensador desconegut.
Per assegurar-se que el C1 no es descarrega mentre el mesurador M1 mesura la seva tensió, s’incorpora una etapa de memòria intermèdia d’alta impedància, creada mitjançant IC2, per al mesurador M1.
La resistència R13 i el comptador M1 constitueixen un monitor bàsic de voltímetre d’uns 1 V FSD. Quan fos necessari, es podria utilitzar un voltímetre remot sempre que tingui un abast a escala completa inferior a 8 volts. (En cas que incorporeu aquest tipus de mesurador extern, assegureu-vos d’establir R8 a l’interval d’1 µF, de manera que un condensador d’1 µF identificat amb precisió correspongui a una lectura d’1 volt).
El condensador C2 s’utilitza per contrarestar l’oscil·lació de l’alimentació de corrent constant Q1 i R9 i R12 s’utilitzen per protegir els amplificadors operatius en cas que l’alimentació CC estigui apagada durant el temps en què es carrega el condensador que s’està provant i C1, o en cas contrari, podrien començar a descarregar-se pels amplificadors operatius, provocant un dany.
Llista de peces
Dissenys de PCB
Com calibrar
Abans de subministrar energia al circuit del mesurador de capacitat, utilitzeu un tornavís fi per ajustar l’agulla M1 del mesurador amb precisió al nivell zero.
Col·loqueu un condensador conegut amb precisió al voltant de 0,5 i 1,0 µF a +/- 5%. Això funcionaria com la 'marca de calibració'.
Connecteu aquest condensador a BP1 i BP2 (costat positiu a BP1). Ajusteu l'interruptor d'abast S1 a la ubicació '1' (el mesurador ha de mostrar una escala completa d'1 µF).
Col·loqueu S2 per desconnectar el cable de terra dels dos circuits (col·lector Q1 i Cl). El mesurador M1 començarà ara un moviment exclusiu i es fixarà en una lectura específica. Si canvieu S2, cal que el comptador caigui cap avall a la marca de zero volt. Canvieu S2 una vegada més i confirmeu la lectura exclusiva del comptador.
També podeu saltar S2 i ajustar R8 fins que trobeu el mesurador que mostri el valor precís del 5% del calibratge del condensador. L'única configuració de calibratge anterior serà suficient per a la resta de rangs.
Anterior: Circuit d'alarma antirobatori senzill Següent: Creeu circuits de transistors simples
