Neste post, falaremos sobre alguns pequenos circuitos fáceis, mas muito úteis, na forma de medidor de frequência e medidor de capacitância usando o onipresente IC 555.
Como funcionam os capacitores
Os capacitores são um dos principais componentes eletrônicos da família de componentes passivos.
Estes são amplamente utilizados em circuitos eletrônicos e praticamente nenhum circuito pode ser construído sem envolver essas partes importantes.
A função básica de um capacitor é bloquear CC e passar CA ou, em palavras simples, qualquer tensão que seja pulsante por natureza poderá passar por um capacitor e qualquer tensão que não seja polarizada ou na forma de CC será bloqueada por um capacitor durante o processo de carregamento.
Outra função importante dos capacitores é armazenar eletricidade por meio de carga e fornecê-la de volta a um circuito conectado pelo processo de descarga.
As duas funções principais dos capacitores acima são usadas para implementar uma variedade de operações cruciais em circuitos eletrônicos que permitem obter saídas de acordo com as especificações exigidas do projeto.
No entanto, ao contrário dos resistores, os capacitores são difíceis de medir através de métodos comuns.
Por exemplo, um multitester comum pode ter muitos recursos de medição incluídos, como medidor de OHM, voltímetro, amperímetro, testador de diodo, testador de hFE etc., mas pode não ter o recurso de medição de capacitância ilusório.
O recurso de um medidor de capacitância ou medidor de indutância é visto como disponível apenas em tipos de multímetros de ponta que definitivamente não são baratos e nem todo novato pode estar interessado em adquirir um.
O circuito discutido aqui aborda essas questões de maneira muito eficaz e mostra como construir um medidor de capacitância com frequência simples e barato que pode ser construído em casa por qualquer novato em eletrônica e usado para a aplicação útil pretendida.
Diagrama de circuito
Como a frequência funciona para detectar a capacitância
Referindo-se à figura, o IC 555 forma o coração de toda a configuração.
Este chip versátil é configurado em seu modo mais padrão, que é o modo multivibrador monoestável.
Cada pico positivo do pulso aplicado na entrada que é o pino 2 do IC cria uma saída estável com algum período fixo predeterminado definido pelo P1 predefinido.
No entanto, para cada queda no pico do pulso, o monoestável reinicia e dispara automaticamente com o próximo pico que chega.
Isso gera uma espécie de valor médio na saída do CI para o qual é diretamente proporcional à frequência do clock aplicado.
Em outras palavras, a saída do IC 555 que consiste em alguns resistores e capacitores integra a série de pulsos para fornecer um valor médio estável diretamente proporcional à frequência aplicada.
O valor médio pode ser facilmente lido ou exibido em um medidor de bobina móvel conectado nos pontos mostrados.
Portanto, a leitura acima fornecerá uma leitura direta da frequência, de modo que temos um medidor de frequência com aparência elegante à nossa disposição.
Usando a frequência para medir a capacitância
Agora olhando para a próxima figura abaixo podemos ver claramente que ao adicionar um gerador de frequência externo (IC 555 astável) ao circuito anterior, torna-se possível fazer o medidor interpretar os valores de um capacitor através dos pontos indicados, pois este capacitor diretamente afeta ou é proporcional à frequência do circuito de clock.
Portanto, o valor líquido da frequência agora mostrado na saída corresponderá ao valor do capacitor conectado nos pontos discutidos acima.
Isso significa que agora temos um circuito dois em um que pode medir capacitância e frequência, usando apenas alguns CIs e algumas peças eletrônicas casuais. Com pequenas modificações, o circuito pode ser facilmente utilizado como tacômetro ou como equipamento de contagem de RPM.
Lista de peças
- R1 = 4K7
- R3 = PODE SER VARIÁVEL 100K POTE
- R4 = 3K3,
- R5 = 10K,
- R6 = 1K,
- R7 1K,
- R8 = 10K,
- R9, R10 = 100K,
- C1 = 1uF/25V,
- C2, C3, C6 = 100n,
- C4 = 33uF/25V,
- C5 = 2,2uF/25V,
- T1 = BC547
- IC1, IC2 = 555,
- M1 = medidor FSD de 1V,
- D1,D2 = 1N4148
Medidor de capacitância usando IC 74121
Este circuito medidor de capacitância simples fornece 14 faixas de medição de capacitância calibradas linearmente, de 5 pF a 15 uF FSD. S1 é empregado como um interruptor de faixa e opera em colaboração com S4 (s1/x10) e S3 (xl) ou S2 (x3). O IC 7413 funciona como um oscilador astável, juntamente com R1 e C1 a C6 que atuam como os elementos determinantes de frequência.
Este estágio ativa o IC 74121 (um multivibrador monoestável) para que ele gere uma onda quadrada assimétrica com uma frequência recorrente cujo valor é decidido pelas partes R1 e C1 a C6 e com um ciclo de trabalho conforme determinado por R2 (ou R3) e Cx .
O valor típico desta tensão de onda quadrada muda linearmente à medida que o ciclo de trabalho é alterado, que por sua vez modifica linearmente com base no valor de Cx, no valor de R2/R3 e na frequência (estabelecida pela posição da chave S1).
As chaves seletoras de faixa final S3 (1x) e S2 (3x) basicamente inserem um resistor em série com o medidor. A configuração em torno dos pinos 10 e pino 11 do IC 74121, e para o Cx, deve ser tão curta e rígida quanto possível, para garantir que a capacitância parasita aqui seja mínima e sem flutuações. P5 e P4 são empregados para calibração zero independente para faixas de baixa capacitância. Para todas as faixas mais altas, a calibração feita pelo oreset P3 é suficiente. A calibração do Fsd é bastante simples.
Não solde inicialmente C6 no circuito, em vez disso, conecte-o aos terminais marcados com Cx para o capacitor desconhecido. Coloque S1 na posição 3, S4 na posição x1 e S2 fechado (s3); isso é configurado para as faixas de 1500 pF fsd Agora, C6 fica pronto para ser aplicado como um valor de referência de calibração. Em seguida, o pote P1 é ajustado até que o medidor decifre 2/3 do fsd. Então, S4 pode ser movido para a posição ‘x 10’, S2 mantido aberto e S3 fechado (x1); isso se compara a 5000 pF fsd, enquanto se trabalha com C6 como o capacitor desconhecido. O resultado dessa configuração completa deve fornecer 1/5 de fs.d.
Por outro lado, você pode adquirir uma variedade de capacitores conhecidos com precisão e usá-los nos pontos Cx e, em seguida, ajustar os vários potenciômetros para fixar as calibrações no mostrador do medidor adequadamente.
Projeto PCB
Outro circuito medidor de capacitância simples, porém preciso
Quando uma tensão constante é aplicada a um capacitor através de um resistor, a carga do capacitor aumenta de maneira exponencial. Mas se a alimentação através de um capacitor for de uma fonte de corrente constante, a carga no capacitor exibe um aumento praticamente linear.
Este princípio no qual um capacitor é carregado linearmente é usado aqui no medidor de capacitância simples discutido abaixo. Ele é projetado para medir valores de capacitores muito além da faixa de muitos medidores analógicos semelhantes.
Usando uma fonte de corrente constante, o medidor estabelece o tempo necessário para complementar a carga sobre o capacitor desconhecido para alguma tensão de referência conhecida. O medidor fornece 5 faixas de escala completa de 1.10, 100, 1.000 e 10.000 µF. Na escala de 1 µF, valores de capacitância tão pequenos quanto 0,01 µF podem ser medidos sem dificuldade.
Como funciona.
Conforme exibido na Figura, as partes D1, D2, R6, Q1 e um dos resistores entre R1 a R5 fornecem 5 seleção para o fornecimento de corrente constante através da chave S1A.
Quando S2 é mantido na posição indicada, esta corrente constante é curto-circuitada com o terra através de S2A. Quando S2 é comutado na seleção alternativa, a corrente constante é conduzida ao capacitor em teste, através de BP1 e BP2, o que força a carga do capacitor no modo linear.
O amplificador operacional IC1 é conectado como um comparador, com seu pino de entrada (+) conectado a R8, que fixa o nível de tensão de referência.
Assim que a carga linearmente crescente no capacitor em teste atinge alguns milivolts acima do pino de entrada (-) do IC1, ele alterna instantaneamente a saída do comparador de +12 volts para -12 volts.
Isso faz com que a saída do comparador ative uma fonte de corrente constante feita usando as partes D3, D4, D5, R10, R11 e Q2.
Caso S2A seja comutado para terra, assim como S2B, isso resulta no curto-circuito dos terminais do capacitor C1, transformando o potencial em C1 em zero. Com S2 na condição aberta, a passagem de corrente constante via C1 aciona a tensão em C1 para aumentar de forma linear.
Quando a tensão através do capacitor em teste faz com que o comparador alterne, resulta no diodo D6 para virar polarizado inversamente. Esta ação impede que C1 carregue mais.
Uma vez que o carregamento de C1 só acontece até o ponto em que o estado de saída do comparador apenas muda, implica que a tensão desenvolvida através dele deve ser diretamente proporcional ao valor da capacitância do capacitor desconhecido.
Para garantir que o C1 não descarregue enquanto o medidor M1 mede sua tensão, um estágio de buffer de alta impedância, criado usando IC2, é incorporado ao medidor M1.
O resistor R13 e o medidor M1 constituem um monitor de voltímetro básico de cerca de 1 V FSD. Quando necessário, um voltímetro remoto pode ser empregado, desde que apresente uma faixa de escala total inferior a 8 volts. (Caso você incorpore esse tipo de medidor externo, certifique-se de definir R8 na faixa de 1 µF, para que um capacitor de 1 µF identificado com precisão corresponda a uma leitura de 1 volt.)
O capacitor C2 é utilizado para neutralizar a oscilação da fonte de corrente constante Q1, e R9 e R12 são empregados para proteger os amplificadores operacionais no caso de a fonte DC ser desligada durante o tempo em que o capacitor em teste e C1 estão sendo carregados, ou caso contrário, eles poderiam começar a descarregar através dos amplificadores operacionais, causando danos.
Lista de peças
Projetos de PCB
Como calibrar
Antes de fornecer energia ao circuito do medidor de capacitância, use uma chave de fenda fina para ajustar a agulha M1 do medidor precisamente para o nível zero.
Posicione um capacitor conhecido com precisão em torno de 0,5 e 1,0 µF em +/-5%. Isso funcionaria como a “marca de referência de calibração”.
Conecte este capacitor entre BP1 e BP2 (lado positivo para BP1). Ajuste a chave de faixa S1 para a posição “1” (o medidor deve exibir 1-µF em escala completa).
Posicione S2 para desconectar o fio terra dos dois circuitos (coletor Q1 e Cl). O medidor M1 agora iniciará um movimento de aumento de escala e se estabelecerá em uma leitura específica. Alternar S2 de volta deve resultar na queda do medidor na marca de zero volt. Altere S2 mais uma vez e confirme a leitura de escala superior do medidor.
Alternativamente, pule S2 e ajuste R8 até encontrar o medidor mostrando o valor preciso de 5% da calibração do capacitor. A configuração de apenas uma calibração acima será suficiente para as faixas restantes.
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FONTE
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