Dự án này là một thiết bị thử nghiệm khác có thể cực kỳ tiện dụng đối với bất kỳ người yêu thích điện tử nào và việc xây dựng thiết bị này có thể rất thú vị.

Máy đo điện dung là một thiết bị kiểm tra rất hữu ích vì nó cho phép người dùng kiểm tra tụ điện mong muốn và xác nhận tính liên quan của nó.

Máy đo kỹ thuật số thông thường hoặc tiêu chuẩn hầu hết không có tiện ích đo điện dung, và do đó một người đam mê điện tử phải phụ thuộc vào máy đo đắt tiền để có được thiết bị này.

Mạch được thảo luận trong bài viết sau, giải thích một máy đo điện dung LED 3 chữ số tiên tiến nhưng rẻ tiền, cung cấp phép đo chính xác hợp lý cho một loạt các tụ điện thường được sử dụng trong tất cả các mạch điện tử hiện đại.

Dải điện dung

Thiết kế mạch đo điện dung được đề xuất cung cấp màn hình LED 3 chữ số và nó đo các giá trị với năm phạm vi, như được chỉ ra bên dưới:

Phạm vi # 1 = 0 đến 9,99nF
Phạm vi # 2 = 0 đến 99,9nF
Phạm vi # 3 = 0 đến 999nF
Phạm vi # 4 = 0 đến 9,99µF
Phạm vi # 5 = 0 đến 99,99µF

Các phạm vi trên bao gồm hầu hết các giá trị tiêu chuẩn, tuy nhiên thiết kế không thể xác định các giá trị cực thấp của một vài picofarads, hoặc các tụ điện có giá trị cao.

Trên thực tế, hạn chế này có thể không được quan tâm quá nhiều vì các tụ điện có giá trị cực thấp hiếm khi được sử dụng trong các mạch điện tử ngày nay, trong khi các tụ điện lớn có thể được thử nghiệm bằng cách sử dụng một vài tụ điện nối tiếp, như sẽ được mô tả sâu hơn ở phần sau các đoạn văn sau.

Làm thế nào nó hoạt động

Đèn LED cảnh báo tràn được kết hợp để ngăn chặn các số đọc không chính xác trong trường hợp chọn dải không phù hợp. Thiết bị được điều khiển bằng pin 9 volt, do đó nó hoàn toàn có thể di động.

Hình 2 trình bày sơ đồ mạch cho bộ dao động đồng hồ, bộ dao động Hz thấp, bộ điều khiển logic và các giai đoạn đa bộ điều khiển ổn định của mạch đồng hồ đo điện dung LED.

Bộ đếm / trình điều khiển và các giai đoạn mạch tràn được hiển thị trong Hình tiếp theo ở trên.

“điện 3 pha hoạt động như thế nào? ”

Nhìn vào Hình 2, IC5 là một bộ điều chỉnh điện áp cố định 5 volt cung cấp một đầu ra 5 volt được điều chỉnh độc đáo từ nguồn pin 9 volt. Toàn bộ mạch sử dụng nguồn điện 5 volt được điều chỉnh này để hoạt động.

Pin phải có định mức mAh cao vì mức sử dụng hiện tại của mạch khá lớn vào khoảng 85 mA. Mức tiêu thụ hiện tại có thể vượt quá 100 mA bất cứ khi nào hầu hết các chữ số của màn hình 3 được chiếu sáng để hiển thị.

Bộ dao động tần số thấp được xây dựng xung quanh IC2a và IC2b là cổng CMOS NOR. Tuy nhiên, trong mạch cụ thể này, các IC này được kết nối như bộ biến tần cơ bản và được áp dụng thông qua thiết lập ổn định CMOS thông thường.

Quan sát rằng tần số làm việc của giai đoạn dao động lớn hơn rất nhiều so với tần số mà các số đọc được cung cấp, bởi vì bộ dao động này phải tạo ra 10 chu kỳ đầu ra để có thể hoàn thành một chu kỳ đọc.

IC3 và IC4a được cấu hình làm giai đoạn logic điều khiển. IC3 là bộ giải mã / bộ đếm CMOS 4017, bao gồm 10 đầu ra ('0' đến '9'). Mỗi đầu ra này tăng cao liên tiếp trong mỗi chu kỳ xung nhịp đầu vào liên tiếp. Trong thiết kế cụ thể đầu ra '0' cung cấp đồng hồ đặt lại cho các bộ đếm.

Đầu ra '1' sau đó trở nên cao và chuyển đổi monostable tạo ra xung cổng cho mạch xung nhịp / bộ đếm. Các đầu ra '2' đến '8' không được kết nối và khoảng thời gian mà 2 đầu ra này chuyển sang mức cao cho phép một chút thời gian để xung cổng có thể hoàn thành và cho phép kết thúc quá trình đếm.

Đầu ra '9' cung cấp tín hiệu logic chốt giá trị đọc mới trên màn hình LED, tuy nhiên logic này cần phải là tín hiệu âm. Điều này được thực hiện với IC4a đảo ngược tín hiệu từ đầu ra 9 để nó chuyển thành một xung thích hợp.

Bộ điều khiển đa vi mạch đơn ổn là phiên bản CMOS tiêu chuẩn sử dụng một vài 2 cổng NOR đầu vào (IC4b và IC4c). Mặc dù là một thiết kế monostable đơn giản nhưng nó cung cấp các tính năng khiến nó hoàn toàn xứng đáng với ứng dụng hiện tại.

Đây là dạng không thể kích hoạt lại và do đó cung cấp một xung đầu ra nhỏ hơn xung kích hoạt được tạo ra từ IC3. Chức năng này thực sự rất quan trọng, bởi vì khi một loại có thể kích hoạt lại được sử dụng, số đọc hiển thị ít nhất có thể khá cao.

Điện dung riêng của thiết kế được đề xuất là khá tối thiểu, điều này rất cần thiết vì một mức độ đáng kể của điện dung cục bộ có thể làm rối loạn thuộc tính tuyến tính của mạch, dẫn đến việc đọc màn hình hiển thị thấp nhất.

Trong khi sử dụng, màn hình nguyên mẫu có thể được nhìn thấy với số đọc '000' trên tất cả 5 phạm vi khi không có tụ điện được kết nối qua các khe thử nghiệm.

Điện trở R5 đến R9 hoạt động như điện trở lựa chọn phạm vi. Khi bạn giảm điện trở định thời qua các bước của thập kỷ, điện dung định thời cần thiết cho một phép đọc cụ thể sẽ tăng lên theo từng thập kỷ.

Nếu chúng ta cho rằng các điện trở dải được đánh giá có dung sai ít nhất là 1%, thì thiết lập này có thể mang lại kết quả đọc đáng tin cậy. Điều này có nghĩa là, có thể không cần hiệu chuẩn riêng cho từng dải.

R1 và S1a được nối dây để chạy phân đoạn dấu thập phân trên màn hình LED chính xác, ngoại trừ Phạm vi 3 (999nF) trong đó chỉ báo dấu chấm thập phân là không cần thiết. Bộ dao động đồng hồ thực sự là một cấu hình ổn định 555 phổ biến.

Pot RV1 được sử dụng làm bộ điều khiển tần số đồng hồ, để hiệu chỉnh máy đo điện dung LED này. Đầu ra monostable được sử dụng để điều khiển chân 4 của IC 1, và bộ dao động đồng hồ sẽ chỉ được kích hoạt khi chu kỳ cổng khả dụng. Chức năng này loại bỏ nhu cầu về một cổng tín hiệu độc lập.

Bây giờ kiểm tra hình 3, chúng ta thấy rằng mạch đếm được nối dây sử dụng 3 IC CMOS 4011. Chúng thực sự không được công nhận từ họ logic CMOS lý tưởng, tuy nhiên đây là những phần tử cực kỳ linh hoạt đáng được sử dụng thường xuyên.

Chúng thực sự được cấu hình như các bộ đếm lên / xuống có đầu vào đồng hồ riêng lẻ và đầu ra mang / vay. Như có thể hiểu, tiềm năng sử dụng trong chế độ bộ đếm giảm ở đây là vô nghĩa, đầu vào đồng hồ xuống do đó được nối với đường cung cấp âm.

Ba bộ đếm được kết nối theo thứ tự để cho phép hiển thị 3 chữ số thông thường. Ở đây, IC9 được nối dây để tạo ra chữ số có nghĩa nhỏ nhất và IC7 cho phép chữ số có nghĩa nhất. 4011 bao gồm một bộ đếm thập kỷ, một bộ giải mã bảy phân đoạn và một giai đoạn trình điều khiển chốt / hiển thị.

Mỗi IC đơn lẻ vì lý do đó có thể thay thế tùy chọn bộ đếm / trình điều khiển / chốt kiểu TTL 3 chip điển hình. Các đầu ra có đủ công suất để chiếu sáng trực tiếp bất kỳ màn hình LED bảy đoạn catốt chung nào thích hợp.

Mặc dù có nguồn điện áp thấp là 5 volt, nên điều khiển mọi phân đoạn màn hình LED đơn lẻ thông qua một điện trở giới hạn dòng điện để mức tiêu thụ hiện tại của toàn bộ đơn vị đo caapcitance có thể được duy trì dưới mức có thể chấp nhận được.

Đầu ra 'mang' của IC7 được áp dụng cho đầu vào xung nhịp IC6, đó là loại D kép chia cho hai lần lật / lật. Tuy nhiên trong mạch cụ thể này chỉ có một phần của vi mạch được thực hiện. Đầu ra IC6 sẽ chỉ chuyển trạng thái khi có quá tải. Điều này ngụ ý, nếu quá tải cao đáng kể sẽ dẫn đến nhiều chu kỳ đầu ra từ IC7.

Việc cấp nguồn trực tiếp cho đèn báo LED1 thông qua IC6 có thể khá không phù hợp, vì đầu ra này có thể mang tính thời điểm và đèn LED có thể chỉ tạo ra một vài ánh sáng ngắn mà có thể dễ dàng không được chú ý.

Để tránh trường hợp này, đầu ra IC7 được sử dụng để điều khiển một mạch bistable đặt / đặt lại cơ bản được tạo ra bằng cách đấu dây một cặp cổng thường trống của IC2, và sau đó chốt chuyển sang chỉ báo LED1. Hai IC6 và chốt được đặt lại bởi IC3 để mạch tràn bắt đầu lại từ đầu bất cứ khi nào thực hiện phép đọc kiểm tra mới.

Làm thế nào để xây dựng

Việc xây dựng mạch đo điện dung 3 chữ số này chỉ là lắp ráp tất cả các bộ phận một cách chính xác theo cách bố trí PCB dưới đây.

Hãy nhớ rằng vi mạch đều là loại CMOS và do đó nhạy cảm với tĩnh điện từ tay bạn. Để tránh hư hỏng do tĩnh điện, nên sử dụng ổ cắm IC. Giữ các vi mạch trên cơ thể của chúng và đẩy vào các ổ cắm, không chạm vào các chân trong quá trình này.

Hiệu chuẩn

Trước khi bạn bắt đầu hiệu chỉnh mạch đồng hồ đo điện dung LED 3 chữ số cuối cùng này, điều quan trọng là phải sử dụng tụ điện có dung sai chặt chẽ và cường độ cung cấp khoảng 50 đến 100% phạm vi thang đo đầy đủ của đồng hồ.

Hãy tưởng tượng rằng C6 đã được kết hợp trong thiết bị và được áp dụng để hiệu chuẩn đồng hồ. Bây giờ, điều chỉnh thiết bị thành phạm vi # 1 (thang đo đầy đủ 9,99 nF) và chèn liên kết trực tiếp qua SK2 và SK4.

Tiếp theo, điều chỉnh rất nhẹ nhàng RV1 để hình dung mức đọc thích hợp là 4,7nF trên màn hình. Khi điều này được thực hiện, bạn có thể thấy thiết bị hiển thị các số đọc chính xác tương ứng trên một loạt các tụ điện.

Tuy nhiên, vui lòng không dự đoán các bài đọc là chính xác chính xác. Đồng hồ đo điện dung 3 chữ số của chính nó khá chính xác, mặc dù, như đã thảo luận trước đó, chắc chắn nó sẽ đi kèm với một số sai lệch nhỏ.

Tại sao 3 Màn hình LED được sử dụng

Nhiều tụ điện có xu hướng có dung sai khá lớn, mặc dù một số ít các loại có thể có tỷ lệ chính xác cao hơn 10%. Thực tế mà nói, sự ra đời của chữ số hiển thị LED thứ 3 có thể không hợp lý về độ chính xác mong đợi, nhưng nó vẫn có lợi do nó mở rộng hiệu quả điện dung thấp nhất mà thiết bị có thể đọc trong suốt một thập kỷ.

Kiểm tra tụ điện cũ

Trong trường hợp một tụ điện cũ được kiểm tra với thiết bị này, bạn có thể thấy rằng số đọc kỹ thuật số trên màn hình đang dần tăng lên. Điều này có thể không nhất thiết là dấu hiệu của một tụ điện bị lỗi, thay vào đó, điều này có thể chỉ đơn giản là do ngón tay của chúng ta hơi ấm khiến giá trị của tụ điện tăng lên một chút. Trong khi lắp tụ điện vào các khe SKI và SK2, hãy đảm bảo giữ tụ điện bằng thân của nó chứ không phải dây dẫn.

Kiểm tra Tụ điện giá trị cao Overrange

Có thể kiểm tra các tụ điện có giá trị cao không nằm trong phạm vi của đồng hồ đo điện dung LED này bằng cách kết nối nối tiếp tụ điện có giá trị cao với tụ điện có giá trị thấp hơn, sau đó thử nghiệm tổng điện dung nối tiếp của hai khối.

Giả sử, chúng ta muốn kiểm tra một tụ điện có giá trị 470 µF được in trên đó. Điều này có thể được thực hiện bằng cách gắn nó nối tiếp với tụ điện 100µF. Sau đó, giá trị của tụ điện 470 µF có thể được xác minh bằng công thức sau:
(C1 x C2) / (C1 + C2) = 82,5 µF

82,5 µF sẽ xác nhận rằng 470 µF phù hợp với giá trị của nó. Nhưng giả sử, nếu đồng hồ hiển thị một số giá trị khác như 80 µF, điều đó có nghĩa là 470 µF là không ổn, vì giá trị thực của nó khi đó sẽ là:

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

Kết quả chỉ ra rằng sức khỏe của tụ điện 470µF được thử nghiệm có thể không tốt lắm

Hai ổ cắm bổ sung (SK3 và SK4) và tụ điện C6 có thể được nhìn thấy trong sơ đồ. Mục đích của SK3 là giúp các phần tử thử nghiệm dễ dàng được thải ra ngoài bằng cách chạm vào SK1 và SK3 trước khi cắm chúng trên SKI và SK2 để đo.

Điều này chỉ áp dụng cho những tụ điện có xu hướng tích trữ một số điện tích dư khi lấy ra khỏi mạch ngay trước khi thử nghiệm. Các tụ điện loại có giá trị cao và điện áp cao là những tụ điện có thể dễ bị vấn đề này.

Tuy nhiên, trong những điều kiện nghiêm trọng, các tụ điện có thể cần được xả nhẹ qua điện trở chảy máu trước khi lấy chúng ra khỏi mạch. Lý do bao gồm SK3 là để cho phép phóng điện tụ điện cần thử nghiệm bằng cách kết nối qua SK1 và SK3 trước khi thử nghiệm chúng qua SKI và SK2 cho phép đo.

C6 là tụ điện mẫu tiện dụng, sẵn sàng sử dụng cho mục đích hiệu chuẩn nhanh chóng. Trong trường hợp một tụ điện được thử nghiệm cho thấy một số đọc sai sót, thì điều cần thiết là chuyển sang phạm vi 1 và đặt một liên kết jumper qua SK2 đến SK4 để C6 được kết nối làm tụ điện thử nghiệm. Tiếp theo, bạn có thể muốn kiểm tra để đảm bảo rằng giá trị hợp pháp của 47nF được chỉ ra trên màn hình.

Tuy nhiên, có một điều cần phải hiểu: Bản thân đồng hồ đo khá chính xác trong khoảng vài% cộng / trừ, ngoài giá trị tụ điện gần như giống với giá trị hiệu chuẩn. Một vấn đề bổ sung là các chỉ số của tụ điện có thể phụ thuộc vào nhiệt độ và một vài thông số bên ngoài. Trong trường hợp số đọc điện dung cho thấy một lỗi nhỏ vượt quá giá trị dung sai của nó, điều này rất có thể cho thấy bộ phận đó hoàn toàn ổn và không có cách nào bị lỗi.