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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Misuratore di capacità e ESR per condensatori: collegamento a un multimetro. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Al giorno d'oggi, quasi tutti i radioamatori hanno un multimetro digitale, ma non tutti i modelli hanno una funzione per misurare la capacità del condensatore. Sia durante la riparazione di apparecchiature radio che quando si valuta l'idoneità dei condensatori riutilizzati, è molto utile misurare la capacità e la resistenza serie equivalente (ESR) dei condensatori "sospetti" I criteri principali nello sviluppo del contatore erano la semplicità del circuito, il basso costo e la disponibilità degli elementi, la facilità di installazione e le dimensioni ridotte. Si potrebbe dire che si tratta di una "costruzione del fine settimana" che può essere assemblata in poche ore Il funzionamento di questo dispositivo durante la misurazione della capacità si basa sul principio di caricare un condensatore di capacità sconosciuta ad una determinata tensione attraverso un resistore di resistenza nota. La durata di questo processo è direttamente proporzionale alla capacità del condensatore. Il principio di misurazione dell'ESR è il seguente: un condensatore scarico è collegato a una sorgente di tensione tramite un resistore di resistenza nota. quindi, a brevi intervalli, il microcontrollore misura due volte la tensione sul condensatore di carica e ne calcola la ESR. Al diminuire della capacità, aumenta l’errore nella misurazione della VES. Pertanto, questa misurazione viene disabilitata dal software quando la capacità del condensatore è inferiore a 2 µF. Principali caratteristiche tecniche
Il circuito del misuratore è mostrato in Fig. 1 La base del dispositivo è il microcontrollore PIC 12F683 (DD1), che funziona con una frequenza di clock di 4 MHz da un oscillatore RC interno. Dopo l'accensione, il microcontrollore entra in modalità di misurazione della capacità, quindi la configurazione delle porte I/O è la seguente: GP0 e GP4 funzionano come uscite e controllano la carica del condensatore attraverso i resistori R1 e R3, rispettivamente; GP1 è l'ingresso invertente del comparatore integrato nel microcontrollore, mentre il suo ingresso non invertente è collegato ad una sorgente interna di tensione di riferimento, che determina la soglia di tensione prima della quale viene calcolato il tempo di carica del condensatore; GP3 - ingresso del segnale dal pulsante SB1 per passare alla modalità di misurazione ESR; GP5 - uscita per controllare l'indicazione del sottointervallo di capacità e, infine, CCP1 - uscita di un segnale PHI la cui tensione media è proporzionale al parametro misurato. Il valore calcolato del periodo del segnale PHI è 4096 μs. Le sonde di un multimetro digitale acceso in modalità di misurazione della tensione CC con un limite di 2 mV sono collegate alle prese di uscita X2000 e XXNUMX. Non esiste alcun filtraggio della tensione di uscita, poiché tutti i multimetri digitali in modalità di misurazione della tensione CC hanno un filtro passa-basso all'ingresso dell'ADC con una frequenza di taglio bassa.
I sottocampi della capacità misurata sono indicati dai LED verdi HL1, HL2 e dai LED rossi HL3, HL4. Quando si misura una capacità inferiore a 1 µF, così come quando si misura la VES, i LED sono spenti. Se la capacità è superiore a 1 µF, ma inferiore a 10 µF, solo i LED rossi sono accesi. Se la capacità è maggiore di µF, ma inferiore a 100 µF, bruciano tutti. Se la capacità è superiore a 100 µF, ma inferiore a 1000 µF, si accendono solo i LED verdi, infine se la capacità è superiore a 1000 µF, ma non superiore a 10000 µF, lampeggiano i LED rosso e verde. , il valore massimo sul display del multimetro è "1000"; nel resto - "999 " Se la capacità misurata è superiore a 10000 µF, i LED rimangono in uno stato di lampeggio alternato e il display del multimetro mostra il valore di soglia descritto di seguito. Il condensatore misurato viene scaricato attraverso i resistori R1 e R2, mentre anche la porta GP1 passa alla modalità di uscita. Il tempo totale tra i cicli di carica/scarica nell'ultimo sottointervallo di misurazione raggiunge i 10 s, negli altri sottointervalli è inferiore. Quando si preme il pulsante SB1, il dispositivo entra nella modalità di misurazione della VES per 5 s, quindi ritorna alla modalità di misurazione della capacità. Nella modalità di misurazione ESR, la configurazione delle porte di ingresso/uscita del microcontrollore è la seguente: GP0 e GP1 controllano in modo sincrono la carica del condensatore attraverso i resistori R1 e R2; GP4 - ingresso del convertitore analogico-digitale integrato; GP5 e CCP1 eseguono le stesse funzioni della modalità di misurazione della capacità. Durante la misurazione della VES i LED non si accendono; l'indicazione viene visualizzata in decimi di ohm con una risoluzione di 0,2 ohm. Ciò è dovuto al fatto che la risoluzione del microcontrollore ADC integrato è di circa 5 mV e la corrente di carica del condensatore in questa modalità è di 25 mA.Se la ESR misurata del condensatore supera 50 Ohm, il display del multimetro mostrerà un valore di soglia. Lo strumento è alimentato da una batteria da 9 V di dimensione 6F22, collegata al connettore X1. La tensione della batteria viene fornita al chip stabilizzatore 78L05 (DA1) con una tensione di uscita di 5 V. I condensatori C1 e C2 garantiscono la stabilità del suo funzionamento. Se possibile, è meglio utilizzare LP78CZ-05 invece del chip 2950L5.0: ciò ridurrà il consumo di corrente a 1,5 mA in modalità di riposo e a 7,5 mA in modalità di misurazione. I diodi VD1 e VD2 e un diodo zener VD3 vengono utilizzati per proteggere le linee di ingresso/uscita del microcontrollore da guasti quando è collegato un condensatore carico. Quando si sceglie un diodo zener VD3, è necessario tenere conto del fatto che a una tensione di 5 V, una corrente superiore a 0,5 mA non dovrebbe fluire attraverso di esso. Ad esempio, puoi utilizzare BZX55C5V6. Diodi VD1 e VD2: qualsiasi impulso di silicio, ad esempio delle serie KD521, KD522. Ma i diodi 1N4148 sono stati scelti a causa della maggiore corrente massima consentita dell'impulso diretto. Il diodo VD4 può essere sostituito con un ponticello se viene esclusa la polarità errata del collegamento della batteria al connettore X1. Data la semplicità del dispositivo, non è stato sviluppato un circuito stampato, ma è assemblato su una breadboard di 26x40 mm. Il microcontrollore è installato nel pannello. Durante la programmazione, l'abilitazione al ripristino del microcontrollore deve essere disabilitata: la casella "MCLR Enable" non deve essere selezionata, poiché questo pin viene utilizzato come ingresso di segnale. LED HL1-HL4 - qualsiasi diverso colore della luce con luminosità evidente con una corrente di 5...6 mA; nella copia dell'autore sono stati utilizzati DFL-3014RC e DFL-3014LGC con un diametro di 3 mm. Una condizione necessaria è che una catena di quattro LED collegati in serie non si accenda quando è collegata a una sorgente di 5 V, quindi vengono utilizzati quattro LED, sebbene solo due siano necessari per l'indicazione. Se la luminosità dei LED di diversi colori differisce notevolmente, viene livellata selezionando i resistori R8 e R9.
Il connettore X1 è un blocco di contatti di una batteria di dimensione 6F22. Le prese X2 e X2 per il collegamento di un multimetro sono prese dal connettore di alimentazione della scheda madre del computer (Fig. 2). La presa positiva X1 non ha caratteristiche speciali. La presa negativa XZ, combinata con l'interruttore di alimentazione SA3, è un design artigianale, mostrato in Fig. 3. Una delle due strisce di contatto a molla è stata rimossa e nelle vicinanze è stato installato un cuscinetto isolante in fibra di vetro con un lato quadrato di 4...0,5 mm. Ad esso è collegato un filo a molla piegato con un diametro di 0,6...1 mm, che svolge la funzione dell'interruttore di alimentazione SA3. Quando la sonda negativa del multimetro viene inserita nella presa X1, tocca il filo a molla, per cui il circuito del filo negativo di alimentazione del misuratore viene chiuso. Naturalmente, quando si ripete il progetto, è possibile utilizzare qualsiasi interruttore di alimentazione industriale miniaturizzato SA2 e una presa negativa, come XXNUMX.
Resistore trimmer R7 - SPZ-19a o miniatura simile. Il resistore R3 determina la corrente di carica per l'intervallo di capacità misurate fino a 15 μF, è meglio prenderlo con una tolleranza dell'1% o selezionarlo utilizzando un ohmmetro digitale. Il resistore R1, che determina la corrente di carica per capacità superiori a 15 μF, può essere selezionato da un valore nominale di 1 kOhm 5%, la sua resistenza calcolata è 980 Ohm, ma è abbastanza accettabile impostare 1 kOhm 1% senza selezione, poiché tale capacità è tipica dei condensatori all'ossido, e per loro la precisione nella misurazione della loro capacità del 5% è abbastanza sufficiente. La calibrazione dello strumento può essere eseguita in due modi. Il primo metodo consiste nel collegare al misuratore uno o più condensatori con una capacità totale superiore a 10000 μF e utilizzare il trimmer resistore R7 per impostare il valore di soglia “1023” sul display del multimetro. È inoltre possibile collegare un circuito composto da un resistore da 62 ... 100 Ohm e un condensatore da 50 ... 1000 μF all'ingresso del misuratore, premere il pulsante SB1 e impostare allo stesso modo lo stesso valore di soglia sul display. Poiché lo strumento rimane solo 5 secondi in questa modalità, potrebbe essere necessario ripetere questa operazione più volte. L'errore di calibrazione può essere di circa il 3% nel peggiore dei casi, poiché consiste in errori nell'oscillatore interno e differenze nelle resistenze dei resistori R1-R3 rispetto ai valori calcolati.La precisione della frequenza dell'oscillatore RC interno del microcontrollore DD1 dichiarata indicato dal produttore è ±1% a una temperatura costante di 25° e ±2% nell'intervallo 0...85 °C. Il secondo metodo consiste nel collegare allo strumento un condensatore a film o ceramico con una capacità nota compresa tra 4,7 e 9 μF e utilizzare il resistore trimmer R7 per impostare il valore della sua capacità sul display del multimetro. È innanzitutto necessario misurare la capacità di questo condensatore con un dispositivo standard con una precisione non inferiore all'1%. Quando si calibra utilizzando questo metodo, il valore di soglia potrebbe differire leggermente da "1023". La scelta del metodo di calibrazione non è importante: la diffusione delle letture da diverse copie del dispositivo, calibrate in modi diversi, non ha superato il 3%. Naturalmente al contatore deve essere collegato solo un condensatore precedentemente scarico. Quando si misura la capacità dei condensatori all'ossido è necessario rispettare la polarità del collegamento. Toccando le pinze di misurazione con le mani si distorcono le letture. I programmi del microcontrollore possono essere scaricati da ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/02/van.zip. Autore: Yu Vanyushin
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