Este projeto é mais um equipamento de teste que pode ser extremamente útil para qualquer amador eletrônico, e construir esta unidade pode ser muito divertido.
Um medidor de capacitância é um equipamento de teste muito útil, pois permite ao usuário verificar um capacitor desejado e confirmar sua confiabilidade.
Medidores digitais comuns ou padrão geralmente não possuem um medidor de capacitância e, portanto, um entusiasta da eletrônica precisa depender de medidores caros para obter esse recurso.
O circuito discutido no artigo a seguir explica um medidor de capacitância LED de 3 dígitos avançado e barato, que fornece uma medição razoavelmente precisa para uma variedade de capacitores que são comumente usados em todos os circuitos eletrônicos contemporâneos.
Faixas de capacitância
O projeto de circuito do medidor de capacitância proposto fornece um display de LED de 3 dígitos e mede os valores com cinco faixas, conforme indicado abaixo:
Faixa#1 = 0 a 9,99nF
Faixa#2 = 0 a 99,9nF
Faixa#3 = 0 a 999nF
Faixa#4 = 0 a 9,99µF
Faixa#5 = 0 a 99,99µF
As faixas acima incluem a maioria dos valores padrão, no entanto, o projeto é incapaz de determinar valores extremamente baixos de alguns picofarads ou capacitores eletrolíticos de alto valor.
Praticamente, essa limitação pode não ser muito preocupante, pois capacitores de valor extremamente baixo raramente são usados nos circuitos eletrônicos atuais, enquanto os grandes capacitores podem ser testados utilizando um par de capacitores conectados em série, como será descrito em profundidade mais adiante. os parágrafos seguintes.
Como funciona
Um LED de aviso de estouro é incorporado para evitar leituras imprecisas caso uma faixa inadequada seja escolhida. O dispositivo é alimentado por uma bateria de 9 volts e, portanto, é absolutamente portátil.
A Figura 2 exibe o diagrama de circuito para o oscilador de clock, um oscilador de baixa Hz, controlador lógico e estágios multivibradores monoestáveis do circuito do medidor de capacitância LED.
Os estágios do circuito contador/driver e overflow são mostrados na próxima figura acima.
Olhando para a Figura 2, IC5 é um regulador de tensão fixa de 5 volts que fornece uma saída de 5 volts bem regulada da fonte de bateria de 9 volts. Todo o circuito usa essa energia regulada de 5 volts para o funcionamento.
A bateria deve ter uma alta classificação de mAh, pois o uso atual do circuito é bastante grande, em torno de 85 mA. O consumo de corrente pode ultrapassar 100 mA sempre que a maioria dos dígitos do display de 3 estiverem iluminados para o display.
O oscilador de baixa frequência é construído em torno do IC2a e IC2b que são portas CMOS NOR. No entanto, neste circuito em particular, esses CIs são conectados como inversores básicos e aplicados através da configuração astável normal do CMOS.
Observe que a frequência de trabalho do estágio do oscilador é muito maior em relação à frequência com que as leituras são fornecidas, pois este oscilador deve gerar 10 ciclos de saída para possibilitar a realização de um único ciclo de leitura.
IC3 e IC4a são configurados como o estágio lógico de controle. IC3 que é um decodificador/contador CMOS 4017, inclui 10 saídas (‘0’ a ‘9’). Cada uma dessas saídas é alta, sucessivamente, para cada ciclo de clock de entrada consecutivo. Neste projeto específico, a saída ‘0’ fornece o clock de reset para os contadores.
A saída ‘1’ subsequentemente se torna alta e alterna o monoestável que produz o pulso de porta para o circuito de relógio/contador. As saídas ‘2’ a ‘8’ estão desconectadas, e o intervalo de tempo durante o qual essas 2 saídas ficam altas permite um pouco de tempo para que o pulso do portão possa se completar e permitir que a contagem termine.
A saída ‘9’ fornece o sinal lógico que trava a nova leitura no display de LED, porém esta lógica precisa ser negativa. Isto é realizado com IC4a que inverte o sinal da saída 9 de modo que se traduza em um pulso apropriado.
O multivibrador monoestável é uma versão CMOS padrão usando duas portas NOR de 2 entradas (IC4b e IC4c). Apesar de ser um design monoestável simples, oferece recursos que o tornam perfeitamente digno do aplicativo atual.
Esta é uma forma não reativável e, como resultado, fornece um pulso de saída menor que o pulso de disparo gerado pelo IC3. Essa função é realmente crítica, porque quando um tipo retriggerable é usado, a leitura de exibição mínima pode ser bastante alta.
A autocapacitância do projeto proposto é bastante mínima, o que é essencial, pois um grau substancial de capacitância local pode perturbar o atributo linear do circuito, resultando em uma leitura de exibição extremamente baixa.
Durante o uso, a tela do protótipo pode ser vista com a leitura de ‘000’ em todas as 5 faixas quando não há capacitor conectado nos slots de teste.
Os resistores R5 a R9 funcionam como resistores de seleção de faixa. Quando você diminui a resistência de tempo em etapas de década, a capacitância de tempo necessária para uma leitura específica aumenta nos incrementos de década.
Se considerarmos que os resistores de faixa são classificados com tolerância de pelo menos 1%, pode-se esperar que essa configuração forneça leituras confiáveis. Isso significa que pode não ser necessário que cada faixa seja calibrada separadamente.
R1 e S1a são conectados para executar o segmento de ponto decimal no display de LED correto, exceto para a Faixa 3 (999nF) em que uma indicação de ponto decimal não é necessária. O oscilador de clock é na verdade uma configuração astável 555 comum.
O potenciômetro RV1 é usado como o controlador de freqüência do relógio, para calibrar este medidor de capacitância LED. A saída monoestável é usada para controlar o pino 4 do IC 1, e o oscilador de clock será ativado somente enquanto o período de gate estiver disponível. Esta função elimina a demanda por uma porta de sinal independente.
Agora verificando a Figura 3, descobrimos que o circuito do contador está conectado usando 3 CIs CMOS 4011. Na verdade, eles não são reconhecidos da família lógica CMOS ideal, mas são elementos extremamente flexíveis e dignos de consumo frequente.
Na verdade, eles são configurados como contadores up/down com entradas de clock individuais e saídas carry/borrow. Como pode ser entendido, o potencial de uso no modo de contagem regressiva não tem sentido aqui, a entrada de clock regressiva é, portanto, conectada à linha de alimentação negativa.
Os três contadores são conectados em sequência para permitir uma exibição convencional de 3 dígitos. Aqui, o IC9 é conectado para gerar o dígito menos significativo e o IC7 habilita o dígito mais significativo. O 4011 inclui um contador de décadas, um decodificador de sete segmentos e um estágio de driver de trava/exibição.
Cada IC poderia, por esse motivo, substituir uma opção típica de contador/driver/latch estilo TTL de 3 chips. As saídas têm energia suficiente para iluminar diretamente qualquer display de LED de sete segmentos de cátodo comum apropriado.
Apesar de uma alimentação de baixa tensão de 5 volts, recomenda-se acionar cada segmento do display de LED através de um resistor limitador de corrente para que o consumo de corrente de toda a unidade do medidor de caapcitância possa ser mantido abaixo de um nível aceitável.
A saída ‘carry’ do IC7 é aplicada à entrada de clock do IC6, que é um tipo D duplo dividido por dois flip/flop. No entanto, neste circuito em particular, apenas uma parte do IC é implementada. A saída IC6 mudará de estado somente quando houver uma sobrecarga. Isso implica que, se a sobrecarga for significativamente alta, resultará em muitos ciclos de saída do IC7.
Alimentar diretamente o LED indicador LED1 a IC6 pode ser bastante inadequado, porque essa saída pode ser momentânea e o LED pode gerar apenas algumas iluminações curtas que podem facilmente passar despercebidas.
Para evitar esta situação, a saída IC7 é usada para acionar um circuito biestável básico set/reset criado pela fiação de um par de portas normalmente vazias de IC2 e, posteriormente, a trava comuta o LED indicador LED1. Os dois IC6 e a trava são reiniciados pelo IC3 para que o circuito de overflow comece do zero sempre que uma nova leitura de teste for implementada.
Como construir
Construir este circuito medidor de capacitância de 3 dígitos é apenas montar todas as peças corretamente sobre o layout de PCB fornecido abaixo.
Lembre-se de que os CIs são todos do tipo CMOS e, portanto, sensíveis à eletricidade estática da sua mão. Para evitar danos causados por eletricidade estática, é recomendado o uso de soquetes IC. Segure os CIs em seu corpo e empurre nos soquetes, sem tocar nos pinos no processo.
Calibração
Antes de começar a calibrar este circuito do medidor de capacitância LED de 3 dígitos finalizado, pode ser importante empregar um capacitor com uma tolerância apertada e uma magnitude que forneça aproximadamente 50 a 100% da faixa de escala total do medidor.
Vamos imaginar que C6 foi incorporado na unidade e é aplicado para calibrar o medidor. Agora, ajuste o dispositivo para range#1 (9,99 nF full scale) e insira um link direto entre SK2 e SK4.
Em seguida, ajuste muito suavemente RV1 para visualizar a leitura apropriada de 4,7nF no visor. Feito isso, você pode encontrar a unidade mostrando as leituras correspondentes corretas em uma variedade de capacitores.
No entanto, não espere que as leituras sejam exatamente precisas. O medidor de capacitância de 3 dígitos por si só é bastante preciso, embora, como discutido anteriormente, seja praticamente acompanhado de algumas pequenas discrepâncias com certeza.
Por que 3 displays de LED são usados
Muitos capacitores tendem a ter tolerâncias bastante grandes, embora algumas variedades possam incluir uma taxa de precisão superior a 10%. Em termos práticos, a introdução do 3º dígito do display de LED pode não se justificar em relação à precisão esperada, mas é vantajosa pelo fato de expandir eficientemente a menor capacitância que o dispositivo é capaz de ler por uma década completa.
Testando capacitores antigos
Caso seja testado um capacitor antigo com este equipamento, é possível observar que a leitura digital no display está aumentando gradativamente. Isso pode não significar necessariamente um capacitor defeituoso, mas pode ser simplesmente o resultado do calor de nossos dedos, fazendo com que o valor do capacitor suba marginalmente. Ao inserir um capacitor nos slots SKI e SK2, certifique-se de segurar o capacitor pelo corpo e não pelos terminais.
Testando capacitores de alto valor acima da faixa
Capacitores de alto valor que não estão dentro da faixa deste medidor de capacitância LED, podem ser examinados conectando o capacitor de alto valor em série com um capacitor de valor mais baixo e, em seguida, testando a capacitância total em série das duas unidades.
Digamos que queremos examinar um capacitor com um valor de 470 µF impresso nele. Isso pode ser implementado conectando-o em série com um capacitor de 100µF. Então o valor do capacitor 470 µF pode ser verificado usando a seguinte fórmula:
(C1 x C2)/(C1 + C2) = 82,5 µF
Os 82,5 µF confirmarão que os 470 µF estão bem com seu valor. Mas suponha que, se o medidor mostrar alguma outra leitura, como 80 µF, isso significaria que 470 µF não está OK, pois seu valor real seria:
(X x 100)/(X + 100) = 80
100X / X + 100 = 80
100X = 80X + 8000
100X – 80X = 8000
X = 400 µF
O resultado indica que a saúde do capacitor de 470µF testado pode não ser muito boa
Os dois soquetes adicionais (SK3 e SK4) e o capacitor C6 podem ser vistos no diagrama. A intenção do SK3 é facilitar a descarga dos elementos de teste tocando no SK1 e no SK3 antes de plugá-los no SKI e no SK2 para a medição.
Isso é aplicável apenas aos capacitores que podem ter a tendência de armazenar alguma carga residual quando removidos de um circuito imediatamente antes do teste. Capacitores de alto valor e alta tensão são os que podem ser suscetíveis a esse problema.
No entanto, em condições graves, os capacitores podem precisar ser descarregados suavemente por meio de um resistor de sangria antes de retirá-los de um circuito. A razão para incluir SK3 é permitir que o capacitor em teste seja descarregado conectando-se em SK1 e SK3 antes de testá-los em SKI e SK2 para a medição.
C6 é um capacitor de amostra prático e pronto para uso para fins de calibração rápida. Caso um capacitor em teste mostre alguma leitura incorreta, pode ser essencial alternar para a faixa 1 e colocar um jumper entre SK2 e SK4 para que C6 seja conectado como o capacitor de teste. Em seguida, você pode verificar se um valor legítimo de 47nF é indicado nas telas.
No entanto, há uma coisa que precisa ser entendida: o medidor por si só é bastante preciso dentro de alguns % mais/menos, além dos valores do capacitor quase idênticos ao valor de calibração. Um problema adicional é que as leituras do capacitor podem depender da temperatura e de alguns parâmetros externos. Caso uma leitura de capacitância mostre um pequeno erro em excesso ao seu valor de tolerância, isso provavelmente indica que a peça está absolutamente OK e não está com defeito.
Lista de peças
Hashtags: #Circuito #Medidor #Capacitância #LED #Dígitos
FONTE
Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
Pode conter erros de tradução
Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…
Veja na FONTE até ser revisado o conteúdo.
Status (Ok Até agora)
Se tiver algum erro coloque nos comentários