Penjelasan Rangkaian Pengukur Kapasitansi Sederhana - Menggunakan IC 555 dan IC 74121

Dalam posting ini kita akan berbicara tentang beberapa rangkaian kecil yang mudah namun sangat berguna dalam bentuk pengukur frekuensi dan pengukur kapasitansi menggunakan IC 555 di mana-mana.

Bagaimana Kapasitor Bekerja

Kapasitor adalah salah satu komponen elektronik utama yang termasuk dalam keluarga komponen pasif.

Ini banyak digunakan di sirkuit elektronik dan hampir tidak ada sirkuit yang dapat dibuat tanpa melibatkan bagian penting ini.

Fungsi dasar kapasitor adalah untuk memblokir DC dan melewatkan AC atau dengan kata sederhana setiap tegangan yang berdenyut di alam akan diizinkan melewati kapasitor dan tegangan apa pun yang tidak terpolarisasi atau dalam bentuk DC akan diblokir oleh a kapasitor melalui proses pengisian.

Fungsi penting lain dari kapasitor adalah menyimpan listrik dengan cara mengisi daya dan memasoknya kembali ke sirkuit yang terpasang melalui proses pengosongan.

Dua di atas fungsi utama kapasitor digunakan untuk mengimplementasikan berbagai operasi penting di sirkuit elektronik yang memungkinkan mendapatkan output sesuai spesifikasi desain yang diperlukan.

Namun tidak seperti itu resistor, kapasitor sulit untuk diukur melalui metode biasa.

Misalnya, multitester biasa mungkin memiliki banyak fitur pengukuran yang disertakan seperti pengukur OHM, voltmeter, amperemeter, penguji dioda, penguji hFE, dll. Tetapi mungkin tidak memiliki ilusif. fitur pengukuran kapasitansi .

Fitur pengukur kapasitansi atau pengukur induktansi terlihat hanya tersedia di multimeter tipe high-end yang pastinya tidak murah dan tidak setiap penghobi baru mungkin tertarik untuk mendapatkannya.

Rangkaian yang dibahas di sini sangat efektif menangani masalah ini dan menunjukkan bagaimana membangun cum kapasitansi sederhana yang murah pengukur frekuensi yang dapat dibangun di rumah oleh pemula elektronik dan digunakan untuk aplikasi berguna yang dimaksudkan.

Diagram Sirkuit

Bagaimana Frekuensi Bekerja untuk Mendeteksi Kapasitansi

Mengacu pada gambar, IC 555 membentuk jantung dari seluruh konfigurasi.

Chip serbaguna kuda kerja ini dikonfigurasi dalam mode paling standarnya yaitu mode multivibrator monostabil.
Setiap puncak positif dari pulsa yang diterapkan pada input yaitu pin # 2 dari IC menciptakan output yang stabil dengan beberapa periode tetap yang telah ditentukan yang ditetapkan oleh P1 preset.

Namun untuk setiap penurunan di puncak denyut nadi, pengaturan ulang monostabil dan pemicu otomatis dengan puncak kedatangan berikutnya.

Ini menghasilkan semacam nilai rata-rata pada output IC yang berbanding lurus dengan frekuensi jam yang diterapkan.

Dengan kata lain keluaran dari IC 555 yang terdiri dari beberapa resistor dan kapasitor mengintegrasikan rangkaian pulsa tersebut untuk memberikan nilai rata-rata yang stabil berbanding lurus dengan frekuensi yang diterapkan.

Nilai rata-rata dapat dengan mudah dibaca atau ditampilkan melalui meteran kumparan bergerak yang terhubung di seluruh titik yang ditunjukkan.

Jadi pembacaan di atas akan memberikan pembacaan frekuensi secara langsung, jadi kita memiliki pengukur frekuensi yang terlihat rapi.

Menggunakan Frekuensi untuk Mengukur Kapasitansi

Sekarang melihat gambar berikutnya di bawah ini kita dapat dengan jelas melihat bahwa dengan menambahkan generator frekuensi eksternal (IC 555 astabil) ke rangkaian sebelumnya, menjadi mungkin untuk membuat meteran menafsirkan nilai-nilai kapasitor di titik-titik yang ditunjukkan, karena kapasitor ini secara langsung mempengaruhi atau sebanding dengan frekuensi rangkaian jam.

Oleh karena itu, nilai frekuensi bersih yang sekarang ditampilkan pada output akan sesuai dengan nilai kapasitor yang terhubung ke titik-titik yang dibahas di atas.

Itu berarti sekarang kita memiliki rangkaian dua dalam satu yang dapat mengukur kapasitansi serta frekuensi, hanya dengan menggunakan beberapa IC dan beberapa bagian elektronik biasa. Dengan sedikit modifikasi, rangkaian dapat dengan mudah digunakan sebagai tachometer atau sebagai peralatan penghitung RPM.

Daftar Bagian

• R1 = 4K7
• R3 = DAPAT VARIABEL 100K POT
• R4 = 3K3,
• R5 = 10K,
• R6 = 1K,
• R7 1K,
• R8 = 10K,
• R9, R10 = 100K,
• C1 = 1uF / 25V,
• C2, C3, C6 = 100n,
• C4 = 33uF / 25V,
• T1 = BC547
• IC1, IC2 = 555,
• M1 = 1V FSD meteran,
• D1, D2 = 1N4148

Capacitance Meter menggunakan IC 74121

Rangkaian pengukur kapasitansi sederhana ini menyediakan 14 rentang pengukuran kapasitansi yang dikalibrasi secara linier, dari 5 pF hingga 15 uF FSD. S1 digunakan sebagai saklar jangkauan, dan beroperasi bekerja sama dengan S4 (s1 / x10) dan S3 (x l) atau S2 (x3). IC 7413 beroperasi seperti osilator astabil, bersama dengan R1 dan C1 hingga C6 yang bertindak seperti elemen penentu frekuensi.

Tahap ini mengaktifkan IC 74121 (multivibrator monostabil) sehingga menghasilkan gelombang persegi asimetris dengan frekuensi berulang yang nilainya ditentukan oleh bagian R1 dan C1 hingga C6 dan dengan duty cycle yang ditentukan oleh R2 (atau R3) dan Cx .

Nilai tipikal dari tegangan gelombang persegi ini berubah secara linier saat duty cycle berubah, yang pada gilirannya dimodifikasi secara linier berdasarkan nilai Cs, nilai R2 / R3 (s10 / x I) dan frekuensi (ditetapkan oleh Posisi saklar S1).

Selektor rentang akhir mengganti S3j ..- xl) dan 52 (x3) pada dasarnya memasukkan resistor secara seri dengan meteran. Konfigurasi di sekitar pin 10 dan pin 11 dari IC 74121, dan untuk Cx harus sesingkat dan sekaku mungkin, untuk memastikan bahwa kapasitansi di sini minimal dan tanpa fluktuasi. P5 dan P4 digunakan untuk kalibrasi nol independen untuk rentang kapasitansi rendah. Untuk semua rentang yang lebih tinggi, kalibrasi yang dilakukan oleh oreset P3 sudah cukup. F.s.d. kalibrasi agak mudah.

Jangan menyolder C6 pada awalnya di sirkuit, melainkan memasangnya di atas terminal bertanda Cx untuk kapasitor yang tidak diketahui. Letakkan S1 di posisi 3, S4 di posisi x1 dan S2 tertutup (s3) ini diatur untuk kisaran 1500 pF f.s.d. Kini, C6 siap diaplikasikan sebagai nilai bench mark kalibrasi. Selanjutnya, pot P1 di-tweak sampai meteran deciphers 2/3 dari f.s.d. Kemudian, S4 dapat dipindahkan ke posisi 'x 10', S2 terbuka dan S3 ditutup (x1) ini sebanding dengan 5000 pF f.s.d., saat bekerja dengan C6 sebagai kapasitor yang tidak diketahui. Hasil untuk penyiapan lengkap ini harus memberikan 1/5 dari fs.d.

Di sisi lain, Anda dapat memperoleh berbagai macam kapasitor yang diketahui secara akurat dan menggunakannya di seluruh titik Cx dan kemudian menyesuaikan berbagai pot untuk memperbaiki kalibrasi pada dial meteran dengan tepat.

Desain PCB

Rangkaian Pengukur Kapasitansi Sederhana Namun Akurat

Ketika tegangan konstan diterapkan ke kapasitor melalui resistor, muatan kapasitor meningkat secara eksponensial. Tetapi jika suplai melintasi kapasitor berasal dari sumber arus konstan, muatan pada kapasitor menunjukkan peningkatan yang cukup linier.

Prinsip di mana kapasitor diisi secara linier digunakan di sini di meteran kapasitansi sederhana yang dibahas di bawah ini. Ini dirancang untuk mengukur nilai kapasitor jauh di luar jangkauan banyak meter analog serupa.

Dengan menggunakan suplai arus konstan, meteran menetapkan waktu yang dibutuhkan untuk melengkapi muatan melalui kapasitor yang tidak diketahui ke beberapa tegangan referensi yang diketahui. Meteran ini menyediakan 5 rentang skala penuh 1,10, 100, 1000, dan 10.000 µF. Pada skala 1-µF, nilai kapasitansi sekecil 0,01 µF dapat diukur tanpa kesulitan.

Bagaimana itu bekerja.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar, bagian D1, D2, R6, Q1 dan salah satu resistor di R1 hingga R5 menyediakan 5 pilihan untuk suplai arus konstan melalui sakelar S1A.

Ketika S2 ditahan pada posisi yang ditunjukkan, arus konstan ini disingkat ke ground melalui S2A. Ketika S2 diaktifkan dalam pilihan alternatif, arus konstan didorong ke kapasitor yang diuji, melintasi BP1 dan BP2, yang memaksa muatan kapasitor dalam mode linier.

Op amp IC1 dipasang seperti komparator, dengan pin input (+) terpasang ke R8, yang memperbaiki level tegangan referensi.

Segera setelah muatan yang meningkat secara linier melintasi kapasitor yang diuji, mencapai beberapa milivolt lebih tinggi dari (-) pin input IC1, itu langsung mengalihkan output komparator dari +12 volt menjadi -12 volt.

Hal ini menyebabkan keluaran dari komparator mengaktifkan sumber arus konstan yang dibuat dengan menggunakan bagian D3, D4, D5, R10, R11, dan Q2.

Dalam kasus jika S2A dialihkan ke ground, seperti S2B, ini menghasilkan korsleting terminal kapasitor C1, mengubah potensial melintasi C1 menjadi nol. Dengan S2 dalam kondisi terbuka, arus konstan lewat melalui C1 memicu tegangan di C1 untuk meningkat secara linier.

Ketika tegangan melintasi kapasitor yang diuji menyebabkan komparator beralih, mengakibatkan dioda D6 berubah bias balik. Tindakan ini menghentikan C1 untuk mengisi daya lebih jauh.

Karena pengisian C1 hanya terjadi sampai titik di mana status keluaran komparator baru saja berubah, menyiratkan bahwa tegangan yang dikembangkan di atasnya harus berbanding lurus dengan nilai kapasitansi kapasitor yang tidak diketahui.

Untuk memastikan bahwa C1 tidak melepaskan sementara meter M1 mengukur tegangannya, tahap penyangga impedansi tinggi, dibuat menggunakan IC2, digabungkan untuk meter M1.

Resistor R13 dan meter M1 merupakan monitor voltmeter dasar sekitar 1 V FSD. Bila diperlukan, voltmeter jarak jauh dapat digunakan asalkan dilengkapi dengan rentang skala penuh di bawah 8 volt. (Jika Anda menggunakan pengukur eksternal semacam ini, pastikan untuk menyetel R8 pada kisaran 1-µF, sehingga kapasitor 1-µF yang diidentifikasi secara akurat sesuai dengan pembacaan 1 volt.)

Kapasitor C2 digunakan untuk melawan osilasi dari suplai arus konstan Q1, dan R9 dan R12 digunakan untuk menjaga op amp jika suplai DC dimatikan selama kapasitor yang diuji dan C1 sedang diisi, atau kalau tidak, mereka bisa mulai mengeluarkan daya melalui op amp, yang menyebabkan kerusakan.

Daftar Bagian

Desain PCB

Cara Mengkalibrasi

Sebelum menyuplai daya ke rangkaian pengukur kapasitansi, gunakan obeng halus untuk mengatur jarum pengukur M1 secara tepat ke level nol.

Posisikan kapasitor yang diketahui secara akurat sekitar 0,5 dan 1,0 µF pada +/- 5%. Ini akan berfungsi sebagai 'tanda bangku kalibrasi'.

Hubungkan kapasitor ini melintasi BP1 dan BP2 (sisi positif ke BP1). Sesuaikan sakelar rentang S1 ke penempatan '1' (meter harus menampilkan skala penuh 1-µF).

Posisikan S2 untuk memutuskan kabel ground dari dua sirkuit (pengumpul Q1 dan Cl). Meter M1 sekarang akan memulai gerakan kelas atas dan menetapkan pembacaan tertentu. Mengalihkan S2 kembali harus menghasilkan meteran jatuh ke bawah pada tanda volt nol. Ubah S2 sekali lagi dan konfirmasikan pembacaan meter atas.

Atau lompat S2 dan sempurnakan R8 sampai Anda menemukan meteran yang menunjukkan nilai presisi 5% dari kalibrasi kapasitor. Hanya satu pengaturan kalibrasi di atas sudah cukup untuk rentang yang tersisa.